水平管降膜蒸发器管外液体流动数值模拟_王小飞
水平管式降膜蒸发器模拟
利用所求的总传热系数以及管内外温差可以计算新的管 外热负荷。把计算热负荷与假定值进行比较，若误差满 足要求，则单元计算收敛，进入下一个单元；否则改变 管外热负荷值，重新迭代，直至误差满足要求。 图4 程序计算流程图
四、总结
降膜蒸发器的性能与管束布置、制冷剂液膜质量流 量、管程布置以及满液位置等因素有关。可以提高蒸发 器换热性能的具体措施有以下几点： (1)管了排列式采用义排，垂直管问距在允许范围内尽量 小时蒸发器换热效果好。 (2) 采用管程垂直布置，管程内流体流动方式为下进上 出这样可以提高蒸发器换热性能。
图1 蒸发器示意图
由于冷水温度沿轴向变化，制冷剂流量沿管排变化， 降膜蒸发器的性能沿管子轴向和管排均有变化；另外，在 同一排水平管中，因各管子在管束中相对位置不同，换热 性能也可能有所不同，因此，本文所建立分布参数模型考 虑了降膜蒸发器性能沿管长方向，管排垂直方向和水平方 向的变化，是一个三维模型。模型简化假设如下： (1)布液器布液均匀。 (2)气液界面处于热力学平衡态，制冷剂蒸汽处于饱 和状态。 (3)液膜传热既包括汽液界面上的对流蒸发，也包括 液膜内的核态沸腾。 (4)不考虑制冷剂蒸汽的剪力作用。
三、计算方法
具体计算流程见图 4。对任一单元体，其入口处管内流体 (冷水)及管外液膜(制冷剂)的质量流量和温度已知，所要 求解的是出口参数。计算方法为，先假定其外表面的热 负荷，然后通过质量、能量平衡方程和补充的传热关系 式，迭代求解出口参数，并计算管内外传热系数、总传 热系数以及产生的蒸汽量等参数。
水平管降膜蒸发器管外液膜铺展数值分析
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石 油 化 工 设 备 ２０１９年 第４８卷
理 、海 水 淡 化 、石 油 化 工 和 制 冷 空 调 等 领 域 。 在 降 膜 流 动 的 过 程 中 ，是 否 能 够 形 成 稳 定 、连 续 的 液 膜 决 定 了蒸发器的优劣，形 成 液 膜 的 质 量 也 直 接 影 响 蒸 发
收 稿 日 期 ：２０１９０４２２ 作 者 简 介 ： 来 盛 旺 （１９９３），男 ，河 南 商 丘 人 ，在 读 硕 士 研 究 生 ，从 事 高 效 传 热 传 质 设 备 技 术 研 究 。 通 讯 作 者 ： 李 庆 生 （１９６９），男 ，江 苏 盐 城 人 ，副 教 授 ，从 事 过 程 设 备 结 构 强 度 及 高 效 传 热 传 质 性 能 研 究 。
犖狌犿犲狉犻犮犪犾犃狀犪犾狔狊犻狊狅犳犔犻狇狌犻犱犉犻犾犿犛狆狉犲犪犱犻狀犵犗狌狋狊犻犱犲狅犳犎狅狉犻狕狅狀狋犪犾 犎犲犪狋犈狓犮犺犪狀犵犲犜狌犫犲狅犳犉犪犾犾犻狀犵犉犻犾犿 犈狏犪狆狅狉犪狋狅狉
犔犃犐犛犺犲狀犵狑犪狀犵，犔犐犙犻狀犵狊犺犲狀犵 （ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＴｅｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１８００，Ｃｈｉｎａ）
水平管降膜蒸发器管外液膜铺展数值分析
来盛旺，李庆生Байду номын сангаас
（南京工业大学 机械与动力工程学院，江苏 南京 ２１１８００）
摘要：运用 ＦＬＵＥＮＴ 软件对水平管降膜蒸发器管外液膜的 铺展过程 进行 数值模 拟，分析了流量、 管 间 距 、管 径 及 流 体 温 度 对 水 平 管 外 液 膜 铺 展 的 影 响 。 模 拟 研 究 结 果 表 明 ，液 膜 在 水 平 管 外 分 布 不 均匀，液膜铺展呈现波峰－平稳－波峰的周期性规律。在整 个 铺 展 区 域 内 液 膜 厚 度 随 流 体 体 积 流 量的增大而增大，随流体温度的增大而减小；在叠加区 内液 膜 厚 度 随 着 管 间 距 的 增 大 而 增 大；在 平 稳 区 域 和 冲 击 区 域 内 液 膜 厚 度 随 着 管 间 距 的 增 大 而 减 小 。 周 向 角θ 为 ４５°时 ，液 膜 厚 度 在 叠 加 区 随 管 径 的 增 大 而 增 大 ；周 向 角θ 为 ９０°、１３５°时 ，液 膜 厚 度 在 整 个 铺 展 区 域 内 随 管 间 距 的 增 大 而 减 小 。 关 键 词 ： 降 膜 蒸 发 器 ；水 平 换 热 管 ；液 膜 ；铺 展 ；数 值 分 析 中 图 分 类 号 ：ＴＱ０５１．６２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００７４６６．２０１９．０５．００４
水平管降膜蒸发管间流动形态特点
水平管降膜蒸发管间流动形态特点水平管降膜蒸发是一种常见的传热方式，其流动形态特点是蒸汽在水平管内降膜流动，同时与管壁上的液体发生传热和质量传递。
下面将从液膜流动、热传递和质量传递三个方面来解释水平管降膜蒸发的流动形态特点。
一、液膜流动特点水平管降膜蒸发中，液膜在管壁上形成并流动，具有以下特点：1. 液膜薄而均匀：由于液体在水平管内形成均匀的薄液膜，液膜的厚度相对较小，通常在几十微米到几百微米之间，这样可以增大蒸汽和管壁之间的传热和质量传递面积，提高传热效率。
2. 液膜流动稳定：在水平管内，液体受到重力作用，沿着管壁下降形成降膜流动。
由于重力的作用，液体形成稳定的液膜流动，不会出现液滴脱落或剧烈波动的现象。
3. 液膜流动速度较快：液膜在管壁上快速流动，使得液体与蒸汽之间的热阻减小，加快了传热速率。
二、热传递特点水平管降膜蒸发中，热量通过液膜传递给蒸汽，具有以下特点：1. 热传递效果好：由于液膜薄而均匀，热量可以快速地从管壁传递给液体，然后通过液膜传递给蒸汽。
液膜的存在增大了传热面积，提高了传热效率。
2. 热传递均匀：液膜的流动使得热量可以均匀地传递给蒸汽，不会出现热点或冷点的现象。
这样可以保证整个系统的温度均匀，提高传热的稳定性。
3. 热传递速率高：液膜流动速度较快，加快了热量传递的速率。
同时，液膜的薄度也减小了热阻，进一步提高了传热速率。
三、质量传递特点水平管降膜蒸发中，溶质通过液膜传递给蒸汽，具有以下特点：1. 质量传递效果好：由于液膜薄而均匀，溶质可以快速地从液体传递到蒸汽中。
液膜的存在增大了溶质传递的面积，提高了传质效率。
2. 质量传递均匀：液膜的流动使得溶质可以均匀地传递给蒸汽，不会出现浓度梯度过大的现象。
这样可以保证质量传递的均匀性，提高传质的稳定性。
3. 质量传递速率高：液膜流动速度较快，加快了溶质传递的速率。
同时，液膜的薄度也减小了质量传递阻力，进一步提高了传质速率。
水平管降膜蒸发的流动形态特点主要包括液膜流动稳定、热传递效果好、质量传递效果好等。
制冷用水平管降膜蒸发器管束换热特性数值模拟
ＹＡＮＧ Ｐ ｅ ｉ — Ｚｈ ｉ ， ＺＨＡＮＧ Ｙｉ ｎ ｇ ， ＬＩ Ｘｉ ａ ｏ
（ １ ． Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ４ １ ０ ０ ８ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
２ ． Ｈ ｕ ｎ ａ ｎ Ｌ Ｉ Ｎ Ｔ Ｅ Ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｌ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ ， Ｘ ｉ ａ ｎ ｇ ｔ ａ ｎ ４ １ １ ２ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＦＬ ＵＩ Ｄ Ｍ ＡＣＨＩ ＮＥＲＹ
Ｖｏ １ ． ４ ３， Ｎｏ ． ３， ２ ０１ ５
文 章编 号 ： １ ０ ０ ５— ０ ３ ２ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３— ０ ０ ６ ４—０ ５
制 冷用水平管降膜蒸发器管束换热特性数值模拟
杨培 志 ， 张 营 ， 李 晓
（ １ ． 中南大学 ， 湖南长沙 ４ １ ０ ０ ８ ３ ； ２ ． 湖南凌天科技有限公司 ， 湖南 湘潭 ４ １ １ ２ ０ １ ） 摘 要： 采用分布参数法建立水平管降膜蒸发器管束换热模 型 ， 模拟计算 了水平管降膜蒸发器不 同管程布置 下换热管
ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｙ ｒ ｐ ａ ｔ ｃ ｈ， ａ ｖ ｅ ｒ ａ ｇ ｅ ｆ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｆ ｌ ｍ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｕ ｂ ｅ ｂ ｕ ｎ ｄ ｌ ｅ ｌ ａ ｙ ｏ ｕ ｔ ， ｒ ｅ ｆ ｉｇ ｒ ｅ ｒ ｎｔ ａ ｍａ ｓ ｓ ｌ ｆ ｏ ｗ ｒ ａ ｔ ｅ， ｔ ｕ ｂ ｅ ｐ ｉ ｔ ｃ ｈ ， ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｏ ｏ ｄ ｅ ｄ ｔ ｕ ｂ ｅ ｒ ｏ ｗ ａ ｍｏ ｕ ｎ ｔ ｉ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｉ ｓ ａ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｈ ｏ ｉｚ ｒ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｆ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｆ ｌ ｍ ｅ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｓ ｒ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｍｏ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｆ ｏ ｒ ｅ ｆ ｉｇ ｒ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｉ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｆ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｆ ｌ ｍ ｅ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ； ｎ ｕ ｍｅ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｒ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ； ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｍａ ｒ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｕ ｂ ｅ ｂ ｕ ｎ －
水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟
水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟蒋淳;陈振乾【摘要】建立三维模型并模拟了制冷剂R410A在水平管外的降膜流动和蒸发过程,探究了喷淋密度、热通量和布液孔偏离管轴心距离对降膜流动和传热的影响.结果表明:沿管周方向,液膜厚度和传热系数逐渐减小并趋于稳定,至管底处由于局部液体堆积,液膜增厚、传热系数降低;喷淋密度较小时,总传热系数随着热通量增加而降低,随着喷淋密度增加而显著提高;液膜Reynolds数达2000后,总传热系数随喷淋密度增加而缓慢提升并趋于平稳,此时热通量的增加会提升总传热系数;随着布液偏心距的增加,总传热系数先略微上升并趋于平稳,而后由于出现局部\"干涸\"和液膜堆积区域,总传热系数急剧下降;随喷淋密度的增加,总传热系数急剧下降的临界点会逐渐往大偏心距偏移.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2018(069)010【总页数】7页(P4224-4230)【关键词】水平管;降膜蒸发;流动;传热;数值模拟【作者】蒋淳;陈振乾【作者单位】东南大学能源与环境学院,江苏南京 210096;东南大学能源与环境学院,江苏南京 210096;江苏省太阳能技术重点实验室,江苏南京 210096【正文语种】中文【中图分类】TB657.5水平管降膜蒸发器由于其流速低、温差小、传热系数高等优点，在化工、石油冶炼、海水淡化等行业已得到广泛应用[1]。
而随着氟氯烃的逐步淘汰，降膜蒸发技术也开始应用到制冷系统中，相比于传统的满液式蒸发器，水平管降膜蒸发器优势明显：①传热系数较高，由实验结果可知，降膜式蒸发器换热的传热系数比池沸腾高[2]；② 制冷剂充注量较少，根据系统的设计可减少20%～90% 的制冷剂充注量[3]；③管外制冷剂流体的压降很小，从而可以减小温差损失。
降膜蒸发传热机制复杂，喷淋密度、热通量、饱和温度、布液等都会影响降膜流动和传热[4-9]。
在降膜蒸发过程中，通过液膜的热量传递方式主要为导热和对流[10]，因此液膜厚度与传热系数的大小密切相关[11-15]，许多学者都对降膜流动的液膜分布及其厚度进行了研究[16-19]。
水平管降膜蒸发器蒸发传热性能实验研究
而言，水平管的传热系数三倍于闪蒸 ，两倍于竖直 管 蒸发 装置 ，与 竖直管 蒸 发器 相 比 ，水 平管 蒸 发器
传热 效率 高 ，同 时显著 降低 空 间高 度 ，使其 易组 成 多效 蒸发 器 ，可 以节省 液体 循环 所 需能 量 ，并增 加
了传 热有 效温 差 ¨ 。
多 年来 ，众 多学者 对 水平 管降 膜蒸 发器 的传热 性 能进行 了许 多 实验研 究 Ｊ ，认 为 喷淋 密 度 、热 通量 、蒸 发温 度 等 是影 响传 热 性 能 的最 主 要 因素 ， 但 由于操 作条 件 以及测 试 手段 不一 致 ，致使 一 些操 作 因 素 对 传 热 性 能 影 响 的 结 论 有 所 差 异 。杜 亮 坡 等 曾对 喷 淋 密 度 和热 通量 对 单 管 蒸 发 传 热 性 能 的影 响进 行 了分析 研究 。本 文在 此 基础 上 ，针对 喷淋 密 度 、热通 量 、蒸 发 温度 及布 管 方式对 管 束总 传 热系 数 的影 响 进行 实验 研究 。
２ ０ ． ０ ４
［ ］ 邓建松 ，彭冉冉 ，译 ．Ｍａ ｅ ａｉ ｓ ５ ｔ ｍ ｔａ 使用指南 ［ ｈ ｃ Ｍ］．北京 ： ［ ］ 天津大学化 工原理 教研 室 ．化 工原 理 （ 册） ［ １ 上 Ｍ］．天
津 ：天 津 科 学 技 术 出 版 社 ，１９ ． ９２ 科 学 出版 社 ，２０ ． ０２
郑 东 光 ，男 ， ９ １年 ｌ １８ ２月 生 ，硕 士 研 究 生 。天 津 市 ，３０ ３ 。 ０ １０
÷ 一 —｝ 粕一 Ｈ ｝ —｝ —斗 ｝ ÷ ＿ ｝—｛ ： ＿ ｝ 一｛ ｛ ． —｛ Ｈ ＿ Ｈ ４ －－ －－・ Ｉ Ｈ ・ Ｈ
图 １ 实 验 流 程
１ 一离心泵 ２ ～转子流量计 ３ 一液体分布器 ８ 一管道泵
水平管降膜蒸发器管外液体流动数值模拟
水平管降膜蒸发器管外液体流动数值模拟宋小曼;杨丽;王伟洁【摘要】采用Fluent软件,针对换热管采用旋转三角形排布方式,换热管分别选用椭圆管、圆管的水平管降膜蒸发器(换热管内为水,换热管外为制冷剂),对布液口制冷剂入口流速(分别选取0.1、0.15 m/s)、管纵向间距(分别选取6.4、9.5 mm)对管间制冷剂流动状态(柱状流、滴状流)、管外成膜效果、液膜厚度的影响进行模拟研究.对于椭圆管管束,在管间距一定的条件下,随着制冷剂入口流速增大,管间基本能保持柱状流.与制冷剂入口流速0.15 m/s相比,制冷剂入口流速为0.1 m/s时,管束尾部的管外成膜效果变差.在制冷剂入口流速一定的条件下,随着管间距增大,管束尾部管间滴状流增多,管外成膜效果变差,但未出现明显的管与管之间滴状流的互相扰动.对于圆管管束,制冷剂入口流速、管间距对管间制冷剂流动状态、管外成膜效果的影响与椭圆管管束基本一致.相同条件下,圆管管间制冷剂流动状态及管外成膜效果均逊色于椭圆管,而且管束尾部出现了明显的管与管之间滴状流的互相扰动.在相同的管间距、制冷剂入口流速务件下,与圆管相比,椭圆管的管外液膜厚度更薄.较小的制冷剂入口流速有利于减小管外液膜厚度,促进换热效率的提高,但不利于管束尾部的管外成膜.管间距对管外液膜厚度的影响比较小,但不宜过大,以免影响管束尾部管外成膜效果.对于采用旋转三角形排布方式的水平管降膜蒸发器,换热管应选用椭圆管,制冷剂入口流速、管间距的选取应兼顾管外液膜厚度与管束尾部管外成膜效果.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】6页(P10-15)【关键词】水平管降膜蒸发器;椭圆管;圆管;液膜厚度;成膜效果;管外液体流动【作者】宋小曼;杨丽;王伟洁【作者单位】山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东建筑大学山东省建筑节能技术重点实验室,山东济南250101;山东建筑大学可再生能源建筑利用技术教育部重点实验室,山东济南250101;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】TU831.71 概述水平管降膜蒸发器(管内为热流体，管外为冷流体)因其传热系数高，制冷剂充注量少，换热温差小等优点在制冷、石油化工及海水淡化等领域得到应用。
水平管降膜式蒸发器的优化设计模型
但 由 于降 膜 蒸 发 传 热 机 制 复 杂 ， 蒸 发 器 性 能 受到分 配 器设 计 、 管排布置、 换 热 管 型、 气 流 分 布、 液 膜 流态 等 众 多 因 素 的影 响［ ４ ］ ， 实 际 工 程 应
于 比较设 计方 案 ， 为设 计 提 供 支持 ， 笔 者关 心 的 是 其计 算结 果 的相对 差值 ， 而非 绝对 准确性 。
针对上述现状 ， 笔 者 建 立 一 种 水 平 管 降 膜 式 蒸发 器 的计 算 模 型 ， 管 外 降 膜 换 热 系数 采 用 集 总
参数 法 计 算 ， 通 过试验 验证 这种 方法 的准确性 。
并在 模 型 中加 入 了成 本 估 算 算 法 ， 实 现 了对 降 膜
式蒸 发 器 的设 计 引 导 ， 对 工 程 设 计 具 有 重 要 的 指 导 意义 。这 里 要 指 出 的是 ， 成 本 估 算 模 型 主 要 用
膜 态 沸腾 换 热 ， 其 换 热 系 数 高 于 满 液 式 蒸 发 器 内 的大 空 间池 沸 腾 换 热 。 同 时 ， 换 热 机 制 决 定 了 降 膜式 蒸发 器 的制冷 剂 充 注 量 远小 于满 液 式 蒸 发 器
的， 约３ （ ） ～４ （ ） ； 且 其较 低 的液 位 高度 又 使 其具 有 较 小 的管排 静 液 压 头 １ ］ ， 较 小 的趋 近 温 度 。另 外， 降膜式 蒸 发 器 具 有 良好 的 回油 性 能 。这 些 优
ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ
Ｍａ Ｊ ｉ ｎ ｇ
（ Ｉ ＲＥＴＣ， Ｓｈａ ｎ ｇｈ ａ ｉ ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａ ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ Ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂｌ ｉ ｓ ｈｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｆ ａ ｌ ｌ ｉ ｎｇ — ｆ ｉ ｌ ｍ ｅ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ。 ｉ ｎ ｏｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｐｒ ｏ ｖｉ ｄｅ ａ ｃ ａ ｌ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｏ ｆ ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ａ ｃ ｏ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｇｏ — ｒ ｉ ｔ ｈｍ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄｕｃ ｅ ｄ ｔ ｏ ｐｒ ｏ ｖ ｉ ｄｅ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｃ ｅ ｓ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ｆ ａ ｌ ｌ ｉ ｎｇ — ｆ ｉ ｌ ｍ ｅ ｖａ ｐｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ’ ｓ ｏ ｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｄ ｅ — ｓ ｉ ｇ ｎ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ ａ ｒ ｅ ａ ｌ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｘａ ｍｐ ｌ ｅ， ｔ ｈｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈｉ ｓ ｎ ｕｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄｅ ｌ ｉ ｓ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏｆ ａ ｎ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ ｐｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｙ ｐｅ ．Ｉ ｔ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｅ ｎ ｇｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇｎ ． ＫＥＹ Ｗ ＯＲＤＳ ｆ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ — ｆ ｉ ｌ ｍ； ｅ ｖ ａ ｐｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ； ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏｄ ｙｎ ａ ｍｉ ｃ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
水平管降膜式蒸发器管间流动模式的研究
蒸 发器 由布 液 器 、 蒸发 管 、 和排 气 通道 组 成 。流 泵
收稿 日期 ：０ ６０ —０ ２ ０ —７１
通 讯 作 者 ： 友 ， ｍａ ：ｙ ｊ ．ｄ ．ａ 费继 Ｅ ｉｆ ＠ｄｔ ｅｕ ｃ ｌ ｕ
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费继友 ， 李 连 生
（ 安交 通大 学 ） 西
（ 大连交 通 大学 ）
摘 要 对 应 用 于 空 气调 节 和 制 冷 方 面 的水 平 管 降 膜 式 蒸 发 器 原 理 进 行 简 述 ， 分 析 设 计 水 平 管 降 膜 式 在 蒸 发 器 时 ， 要 考 虑 制 冷 剂 在 水 平 光 管 上 流 动 模 式 。给 出影 响 制 冷 剂 在 水 平 光 管 上 流动 模 式 的关 键 参 数 。 需 关 键 词 降 膜 蒸 式 发 器 流动 模 式 膜 雷诺 系数
过 电子 膨胀 阀 的含 油 制 冷剂 通 过 进 液 管道 流 到 布 液器内， 经布 液器 均 匀 布 液 到蒸 发管 上 ， 蒸 发 管 在
上 形成 一层 薄膜 和 流经管 内 的冷 媒水 进行 热交换 ，
用途 主要 集 中于 降 膜 蒸 发 在 海 洋 热 能 转 换 系 统 （ Ｔ Ｃ 和溴化 锂机 组 的应 用上 ， 且 都 使 用水 或 Ｏ Ｅ ） 并 者氨水 作为工 质 。在空气 调节 和制冷 方 面 ， 降膜蒸 发技 术相 比满 液式 蒸发器 具有 高 的传 热 系数 、 较低 的制冷 费用 等优 点 。而 应 用 于空 气 调 节 和制 冷 方 面 的水平 管 降膜式 蒸 发 器 只有 少 数 学 者 涉及 到这
制 冷剂 在一 定 的蒸发 温度下 蒸 发 ， 蒸发 的制冷 剂 未 和油沉 积在 蒸发 器 的底部 ， 由泵 输送 到压 缩机 的 回 油 口 ， 发 的制冷 剂 由蒸 汽通道 经 出气管 道 回到压 蒸
E-07001-水平管降膜蒸发器管外液体流动研究及膜厚的模拟计算
0.000585 0.000731 0.001187 2.7 0.001237 0.001286 0.001902 0.001978 0.001138 0.001187 0.001237 0.001286 3.14 0.001978 0.002869 0.002968 0.003067 0.000845 0.000910 0.001138 0.001187 3.6 0.001237 0.001978 0.002869 0.002968 注：* 临界状态点；\ 不成膜
2.1 波长λT的验证计算以及布液器开孔间距的确定
布液器上开孔间距分为沿蒸发管轴向的纵向间距以及沿垂直于蒸发管轴向的横向 间距。纵向间距是影响制冷剂液体在蒸发管轴向分布均匀度的关键因素。横向间距是根 据蒸发管束的布置形式确定的。 布液器开孔纵向间距受波长制约， 波长为从单孔流下的液体在蒸发管上延伸的最大
4. 当 1.414GaL0.233≤ReГ≤1.448GaL0.236，处于柱状流到片状流过渡的混合流体态。 本文控制制冷剂流量、蒸发管外径等相关参数，使流动处于严格的柱状流流态。为 了找到使流动处于柱状流的速度，在已知开孔孔径以及管外径的前提下，可得单孔流量 及单孔流速：
qm 孔 =
π d out μ ReΓ
速度分布图
图 6 速度u＝0.12m/s模拟结果图(d孔＝3.14mm)
图 7 速度u＝0.29m/s模拟结果图(d孔＝3.14mm)
汽液两相图
速度分布图
汽液两相图
速度分布图
图 8 速度u＝0.07m/s模拟结果图(d孔＝3.14mm)
\ 0.010840 选定非耦合隐式求解器， 动量方程为一阶迎风差分格式， 为动态模拟液膜形成过程，
选用非稳态求解方式，同时为了更好的跟踪气液相交界面，选用 VOF 两相模拟方法。 建立相应的边界条件，设置上端面两端为速度入口边界，入流速度取不同值，温度 保持为 5℃，下端边为 Outflow 边界，两侧边为对称边界。
液体分布装置出口流型转换实验研究
型 转换 边 界 流 量 变 大 。 孔 规 格 对 柱 状 流 、 开 片状 流 之 间 的转 换 影 响相 对 于 其 他 流 型 的影 响要 大 。 时给 出 了液 同
体 分 布 装 置 出 口流 型 转换 的准 则 关联 式 。
关 键 词 ：液 体 分 布 装 置 ； 型 转 换 ； 孔 规 格 ； 则 关 联 式 流 开 准 中 图 分 类 号 ： ６ ７ ５ ０ ５ ＴＢ ５ ． ； ３ ９ 文献标 识 码 ： Ａ
本文 采用 的液 体 分布 装 置 是底 部 开 孔 式 ， 内 部 结构 如 图 １ 示 。 体 分 布 装 置 的 内部 尺 寸 为 所 液
的液体 分布 装置 形式 。 这些 装置 中 ， 在 商业 喷嘴 主 要 应用 在水平 管 束 ， 液膜 稳 定 性 要 求 小 的研 究 对 中 ； 部开 孔 的水 平 管 ， 造 简单 ， 是 布 液 成 膜 底 构 但
摘要 ： 针对 一种液体分布装置 ， 采用可视化方法 ， 三种工质流过不 同开孔规格 的液体分布装 置 时的出 口流 对
型 转换 过 程进 行 了实 验 研 究 。 究 发 现 液 体 分 布 装 置 出 口流 型 转 换 与 管 间流 型 转 换 过 程 相 似 ， 经 历 了片 状 研 也 流 、 状 流 、 状 流 以及 它 们 之 间 的过 渡 流 型 。 现 液 体 分 布 装 置 的开 孔 孔 径 、 中心 距 对 布 液 器 出 口流 型 转 柱 滴 发 孔 换 有 较 大 影 响 ： 同 孔 中心 距 下 ， 径 变 大使 得 流 型 转 换 的边 界 流 量 变 小 ； 相 孔 而相 同 孔 径 下 ， 孔 中心 距 会 使 流 大
合 溶 液在 ３ 、 ４℃ 时 流 过 液 体 分 布 装 置 出 口的 ４４
制冷系统中水平管降膜式蒸发器内部流动数值模拟
阮并 璐 ，刘 广彬 ，赵远扬 ，李连 生
（ 西安交通大学流体 机械与压缩机 国家工程研究 中心 ，７０ ４ ， １０ ９ 西安）
摘 要 ：采 用 Ｆ ＵＥ Ｌ ＮＴ 两相流 ＶＯ Ｆ模 型 ， 对制 冷 系统 中水 平管 降膜 式 蒸发 器 内部 流 场进行 了数值
模 拟 ， 究 了蒸发 器 内部 蒸发 管的不 同布 管方式 对蒸 发 器 内部 流 场 的影 ｔ Ｓ ｍｕ ａｉｎ ｏ ｈ ｎ ｅ ｌｗ ｉｌ ｆａｈ ｒｚ ｎ ａ ｕ ｅ ｆｆｌ ｎ ｉ ｅ ａ ｏ ａｏ ｎ ａ ｓｒ ｃ ： ｉ ｌｔ ｎ ｔ ｅ ｉｎ ｒｆｏ ｆ ｄ ｏ ｏ ｉｏ ｔｌｔ ｂ ｓｏ ａｌ ｇ ｆ ｍ ｖ ｐ ｒ ｔ ｒｉ ｏ ｅ ｉ ｌ ｒｆｉｅ ａｉｎ ｓ ｓｅ ｗａ ｅ ｆ ｒ ｄ ｕ ｉｇｔ — ｈ ｓ ｌｗ ｄ ｌ ｅｒ ｒ ｔ ｙ ｔｍ ｓｐ ｒｏ ｍｅ ｓｎ ｗｏ ｐ ａ ｅｆｏ ｍｏ ｅ ＶＯＦ ｉ ｇ ｏ ＦＩ ｎ ＵＥＮＴ ，ａ ｄ ｔ ｅｉ ｆ － ｎ ｈ ｌ ｎ ｕ ｅ ｃ ｆｄｆｅ ｅ ｔｔ ｂ ｒ ａ ｇ ｍ ｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｆｏ ｆ ｌ ｓｅ ａ ｎ ｄ Ｔｈ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｎ ｅｏ ｉ ｒ ｎ ｕ ｅ ａｒ ｎ ｅ ｎ ｓｏ ｈ ｌｗ ｉ ｄ ｗａ ｘ ｍｉｅ ． ｆ ｅ ｅ ｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｌｒ ｅｖ ｐ ｒｖ ｌｃｔ ｎ ｈ ｏ － ｎｆ ｒ ｆｏ ｆ ｌ ｓｄ ｈ ｖ ｐ ｒ ｔ ｒａｆｃ ｈ ｉｔｉ ｕ ｉｎｏ ａｇ ａ ｏ ｅｏ ｉ ａ ｄ ｔ ｅｎ ｎ ｕ ｉ ｍ ｌｗ ｉ ｄ ｉ ｉｅｔ ｅｅ ａ ｏ ａｏ ｆｅ ｔｔ ｅｄｓｒｂ ｔ ｆ ｙ ｏ ｅ ｎ ｏ ｌ ｕｄ ｄ ｏ ｌｔ ｉｎｆ ａ ｔｙ ｂ ｃ ｕ ｅｏ ｈ ｍ ａｌ ｅｒｇ ｒ ｎ ｉｕｄ ｖ ｌｃｔ ． Ｗ ｈ ｎ ｔ ｅ ｖ ｌｃｔ ｆ ｉ ｉ ｒ ｐｅｓｓｇ ｉｉ ｎ ｌ ｅ ａ ｓ ｆ ｅｓ ｌ ｒ ｆｉｅ ａ ｔｌ ｉ ｅｏ ｉｙ ｑ ｃ ｔ ｑ ｅ ｈ ｅｏ ｉ ｏ ｙ ｔ ｅｒ ｆｉｅ ａ ｔｆ ｗｉｇ ｉ ｔ ｈ ｖ ｐ ｒ ｔ ｒｉ ｍ ａｌ ｔｓ ｅ ｓｍｏ ｅ ｓ ｉ ｂｅ ｔ ｄ ｐ ｈ ｕ ｅａ — ｈ ｅｒｇ ｒ ｎ ｌ ｎ ｎ ｏ ｔ ｅｅ ａ ｏ ａｏ ｓｓ ｌ，ｉ ｅｍ ｒ ｕｔ ｌ ｏ ａ ｏ ｔｔ ｅｔ ｂ ｒ ｏ ａ ｒ ｎ ｅ ｎ ｔ ｏ ｉｏ ｔｌｖ ｐ ｒｐ ｓａ ｅ ． Ｉ ｓ ｌ ｅｙ ｔ ａ ｈ ｕ ｅ ａ ｒ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａｌｒ ａ ｇ ｍｅ ｔｗｉ ｈ ｒｚ ｎ ａ ａ ｏ ａ ｓ ｇ ｓ ｔｉ ｉ ｌ ｈ ｔ ｔ ｅ ｔ ｂ ｒａ ｇ ｍｅ ｔｗｉｈ ｓ ｌ ｈ ｋ ｅ ｓ ａ ｅｉ ｈ ｐ ｅ ｏ ｔｏ ｎ ａ ｇ ｒｓ ａ ｅｉ ｈ ｗｅ ｏ ｔ ｎｉ ｏ ｅｒａ ｏ ａ ｌ ｂ ｃ ｕ ｅｏ ｈ ｐ ｃ ｎ ｔ ｅｕ ｐ ｒｐ ｒｉｎａ ｄｌｒ ｅ ｐ ｃ ｎｔ ｅｌ ｏ ｒｐ ｒｉ ｍ ｒ ｅ ｓ ｎ ｂｅ ｅ ａ ｓ ｆｔ ｅ ｏ ｓ ｌｒ ｅｐ ｏ ｏ ｔ ｎ ｏ ｈ ａ ｏ ｒ ｍ ｌｏ ｅ ｅｒｇ ｒ ｎ ｎ ｉｅｔ ｅ ｂ ｔｏ ｏ ｈ ｖ ｐ ｒ ｔ ｒ ａｇ ｒ ｐ ｒｉ ｆｔ ｅ ｖ ｐ ｒｆｏ ｆ ｄ ｄ ｒｆｉｅ ａ ｔｉ ｓｄ ｈ ｏ ｔｍ ｆｔ ｅｅ ａ ｏ ａｏ ． ｏ ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｆｌ ｎ ｉ ｅ ａ ｏ ａ ｏ ； ｎ ｍ ｅｉａ ｉ ｌｔｏ ｙ ｒ ｓ ａｌ ｇ ｆ ｍ ｖ ｐ ｒ ｔ ｒ ｉ ｌ ｕ ｒｃ ｌ ｓｍｕ ａｉｎ； ｒ ｆｉｅ ａｉｎ ｓ ｓｅ ； ｔ ｂ ｒａ ｇ － ｅｒｇ ｒ ｔ ｙ ｔｍ ｏ ｕ ｅ ａ ｒｎ ｅ
水平管降膜蒸发器管束结构优化数值模拟
｝ 一 ｏ
ｏ
ｎ ＝ｌ
ｎ ０ ＝２
虽然前人对水平管外 降膜蒸发传热进行 了大量 ， 是， 但 由于实 验条 件
； ｏ
：
０
ｎ ＝３
ｎ ０ －４
和理论 模 拟假设 条件 的不 同 ， 们 所 得 出 的结 论 有 他 所差 异 。另外 ， 外 液 膜厚 度 的分 布 规 律 在一 定 程 管
摘要： 本文采用数值模拟方法 ， 通过观察不 同条件下液 膜流 动状态 以及计算 相应 状况下 的液膜 厚度 ， 究 水平 研 管 降膜蒸 发器管外液体流动 的影响 因素并对 管束 结构进 行优化 。计算结 果表 明 ： 旋转 三角 形管束 布置有利 于 在传热 管上形成 稳定的液膜 ， 而三角形 管束布置有利于传热管上液体 的混 合 ； 间距 和液体 的初始 流速对 降膜 管 蒸 发器 管外液体流动有重要影响 ， 随着管间距的增大 以及液体初始 流速的减小 ， 管柬 中呈现柱状 流的管排 范 围
ａ三角形管束 结构
ｂ 旋转三 角形管束结构
究 ， 到管 间距等 参 数 共 同作 用下 管 束 中处 于 不 同 得 位 置 的传热 管外 ９ 。 膜 厚 的 变化 情 况 。另 外 ， ０处 许 莉 等 用 测微 仪测 量 了绝热 情 况 下 ， 外 水 膜 平 均 管 厚 度及 其概 率分 布 与流率 、 径 的关 系。但是 ， 管 以上
减 小。
关键词 ： 降膜 ； 发 ； 蒸 管束 ； 优化 ； 数值模 拟
中 图 分 类 号 ：Ｂ ５ ． Ｔ ６７５ 文献标识码 ： Ａ
Ｎｕｍ ｅ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｈｅ ｓｒ ｔ ａ ｐｔｍ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｕｂ ｒｃ ｌｓｍ ｌ ｔｏ ｆｔ ｔ ｕｃｕｒ ｏ ｉ ｚ ｔｏ ｆｔ ｅ ｌ ｂ ｄｌｓ ｉ ｒｚ ｎｔ ｌｔ ｂｅ ｆ ｌｉ ｇ ｆｌ ｖ ｐ ｒ ｔ ｒ ｕｎ ｅ ｎ ｈｏ ｉｏ ａ －ｕ ａ ｌｎ ｍ ｅ ａ ｏ ａ ｏ ｓ ｉ
基于VOF模型的水平管蒸发器液膜流动数值研究
基于VOF模型的水平管蒸发器液膜流动数值研究丁鑫;陈晔;贾可俊【摘要】在水平管降膜蒸发器液体分布器的设计中,布液管结构参数影响着液体的成膜质量,为了简化设计计算,提出了利用有限元数值计算软件研究开孔间距与其他结构参数的关系.开孔间距的大小与液膜在蒸发管外壁面形成的宽度有关.而影响蒸发管外壁面液膜宽度的主要因素有2个:布液孔孔径和布液孔穿孔流速.因此,课题组采用VOF模型,模拟蒸发管外壁面液膜流动形态,探讨不同孔径和穿孔流速下的液膜宽度值,利用中心复合实验得出液膜宽度Lm(开孔间距l)关于穿孔流速v和孔径d的关系式.结果表明:通过得到的关系式可以建立3者之间的内在关系,计算出不同孔径和穿孔流速下的开孔间距值.该关系式能够简化液体分布器布液管各结构参数的设计和计算,具有一定的参考和应用价值.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2018(036)005【总页数】6页(P40-44,52)【关键词】水平管蒸发器;液体分布器;液膜宽度;VOF模型【作者】丁鑫;陈晔;贾可俊【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京 211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京 211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京 211816【正文语种】中文【中图分类】TQ051.62水平管降膜蒸发器因其具有蒸发效率高，传热温差小，以及对介质发泡、结焦不敏感等优点，被广泛应用于热敏性，易发泡，含盐量较高物料的蒸发浓缩[1]。
作为蒸发器最重要的组成部分，液体分布器的作用是将物料通过布液管均匀喷洒到水平蒸发管外壁面上，其管外壁液膜的质量成为评价该液体分布器性能优劣的重要依据[2]。
在进行液体分布器布液管的结构设计时，不能脱离蒸发管外壁面成膜状态而臆测，两者相互影响，相互制约。
根据液膜的膜厚和铺展距离可以确定布液管的结构参数，而合适的布液管结构参数有利于获得更加均匀，成膜性更好的液膜[3]。
影响蒸发管外壁液膜质量的布液管结构参数主要有4个：布液管管径D、开孔间距l、布液孔孔径d和布液管穿孔流速v。
水平管降膜蒸发器的管束列数优化数值模拟
水平管降膜蒸发器的管束列数优化数值模拟第44卷第1期2020 年1月上海交通大学学报J OU RNAL OF SHAN GHA I J IAO TON G UNIV ERSIT YVol.44No.1J an.2020收稿日期:2020 204224简介:杨丽(19782,女,山东梁山人,博士生,主要从事降膜蒸发器性能优化等研究.王文( ,男,教授,博士生导师, (Tel.:021*********;E 2mail :wenwang @ .水平管降膜蒸发器的管束列数优化数值模拟杨丽1,王文1,白云飞2(1.上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;2.烟台荏原空调设备,山东烟台265500摘要:基于分布参数方法,对大型制冷系统中水平管降膜蒸发器的换热特性进行管束列数优化数值模拟,计算了饱和液态制冷剂HFC 2134a 在水平铜管束外的流动蒸发换热特性,并考虑不同降膜管束列数和蒸发器中的满液管排数对蒸发器换热特性的影响,提出采用质流场均匀性因子来评价降膜蒸发器的换热性能.结果表明:在满液管排数一定的情况下,降膜蒸发器的管束布置列数越少,则降膜传热管外干斑面积越小;质流场均匀性因子越大,蒸发器换热特性越好.关键词:降膜;蒸发;管束;数值模拟中图分类号:TB 657.5文献标志码:AColumn Arrangement Optimization onH orizontal Tube Bundle s of Falling Film EvaporatorsYA N G L i 1,W A N G W en 1, B A I Yun 2f ei2(1.School of Mechanical Engineering ,Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200240,China ;2.Yantai Ebara Air Co nditioning Equip ment Company ,Yantai 265500,Shangdong ,ChinaAbstract :An analysis abo ut optimizing t he column arrangement of horizontal t ube bundles in falling film evaporators was carried o ut wit h numerical simulation by dist ributed parameters in large compression re 2f rigeration systems.In t his simulation ,t he model co nsidered t he evaporation heat t ransfer performance on horizontal copper t ube bundles wit h liquid refrigerant HFC 2134a.The impact s of some factors ,such as t he column number of falling film t ube bundle and t he number of flooded t ube row on t he evaporator perform 2ance were analyzed.In addition ,a parameter of uniformity factor of mass flow field was set up to evaluate t he heat transfer performance of evaporators.The result s indicate t hat t he less t he column number of t he falling film t ube bundle is arranged ,t he less t he dry patches on falling film t ube surfaces ,t he greater t he uniformity factor of mass flow field and t he better t he heat transfer performance of evaporators under t he same flooded t ube rows.Key words :falling film ;evaporation ;t ube bundle ;numerical simulation 在空调和制冷工业领域中,与满液式蒸发器相比,降膜式蒸发器具有制冷剂充注量少和换热系数高的优点,但其并没有广泛应用于大型制冷和空调系统中,部分原因是由于液态制冷剂分配的不均匀性以及管排布置较困难,尤其在较高的管束中.另外,到目前为止,降膜式蒸发器换热管的表面结构、管束布局、分配器的选择和放置、机组的运行策略等尚不明确.有关水平管外降膜蒸发传热的试验研究[123]和理论分析[426]已有报道,但针对降膜式蒸发器的管束列数优化研究并不深入,尤其是在大型压缩式制冷系统中,局部换热管可能出现换热干斑.因此,换热管束的整体性能优化比单一换热管更为迫切和实际.本文通过数值模拟,分析了降膜管束列数和满液管排数对蒸发器换热特性的影响,并根据降膜蒸发器的降膜管外质量流量与热流密度间的协同作用,提出了反映降膜蒸发器换热特性的参数———质流场均匀性因子,以期为降膜蒸发器的管束优化设计提供参考.1数学模型在降膜蒸发器建模时假设:①忽略制冷剂与环境的换热;②制冷剂的物性视为常数;③在蒸发器入口,液态制冷剂处于饱和状态;④制冷剂液膜在蒸发器传热管中流动时可能出现液膜破裂的现象,即“干斑”现象;⑤在不出现干斑的工况下,忽略制冷剂液膜流动速率对换热系数的影响.降膜式蒸发器中,制冷剂在管外蒸发,水在管内流动.由于冷水温度沿管子轴向变化,制冷剂质量流量沿管束高度方向变化,因此,蒸发器性能在管子轴向、管束高度方向和每排管的各管子方向将有所不同.本文针对蒸发器轴向i、管束高度方向j和一个管排中每个管子方向k建立三维模型,从而提出分布参数的热力计算方法.图1分别示出了降膜式蒸发器的网格剖分侧视图和正视图,其中,N i、N j和N k 分别表示管子轴向单元数、管排数和管束的列数.基于以上假设和网格结构,以单元i为控制体,建立如下能量平衡方程.管外制冷剂侧πd o lαrefi(t wo-t refi=(q m,refi-q m,refoh fg(1管内冷水侧q m,cw c p,cwd t cwid x=πd inαcwi(t wi-t cwi(2传热管壁q m,cw c p,cw(t cwi-t cwo=2πλw l(t wi-t woln(d o/d in(3式中:d in、d o和l分别为管子内、外径和单元体管长;x为单元体沿轴向的长度;αcwi、αrefi分别为管内、外换热系数;t wi、t wo分别为管子内、外壁温度;t refi、t cwi 和t cwo分别为制冷剂、冷水入口和出口的平均温度; q m,refi、q m,refo 和q m,cw分别为制冷剂进、出口和管内冷水的质量流量;h fg为制冷剂的蒸发潜热;c p,cw、λw分别为水的比定压热容和管壁的导热系数;下标in、o、cwi、cwo、refi、refo、wi、wo、f g、cw、w分别表示管内、管外、冷水入口、冷水出口、制冷剂入口、制冷剂出口、内管壁、外管壁、饱和液体与饱和气体之间、冷水、管壁.在分析降膜蒸发器αref的过程中,通常引入一个降膜因子[3],即K ff=αref/αpb(4式中,αpb为在相同的降膜换热热通量下管外成核的池沸腾换热系数,对于强化管,αpb可以通过Webb 等关联式[7]求解.通过降膜因子,能够直观比较池沸腾换热特性和降膜换热特性.降膜换热工况下的管外换热系数αref=K ffαpb(5管内水侧换热系数αcw=Zλcwd inRe0.8cw Pr1/3cwμcwμw0.14(6式中:Z是与传热管内表面结构有关的系数;μcw,μw,λcw,Re cw,Pr cw分别为水的动力黏度,以管子内壁温度为定性温度的动力黏度,水的导热系数,水的Reynolds数和水的Prantl数.(a网格剖分侧视图(b网格剖分正视图图1降膜蒸发器网格剖分图Fig.1The grid structure employed in the finite different analysis 201上海交通大学学报第44卷2计算结果与分析2.1降膜蒸发器的管排结构图2所示为2个管程降膜蒸发器上、下管排布置结构图.其中,冷冻水为下进上出布置,换热管采用Turbo 2EHP 强化管,其外径、管外翅根径、壁厚、内径、管内翅高分别为19.05,17.80,0.635,16.54,0.406mm ,实际内表面积为0.080m 2/m ,总管数为237根,管长3.97m ,制冷剂为HFC 2134a.计算工况为:水的进口温度12.0℃,出口温度7℃,流量52.49kg/s ,制冷剂蒸发温度6℃.i 向网格数为6,j 向网格数等于管排数,k 向网格数等于其管排中管子数与管子间的间隙个数之和.图3示出了在总传热管个数一定的情况下,不同降膜管束布置列数时的降膜管排数.图中,管束形式为三角形管距排列.可以看出,在降膜蒸发器管束布置中,降膜管束布置列数越多,则降膜管束排数越少.图2上下管排布置结构图Fig.2 A schematic of bottom 2to 2top tube rowslayout图3不同降膜管束列数布置下的降膜管排数Fig.3The relation between falling film tube rows and tube columns2.2管束列数对换热特性的影响2.2.1换热系数图4示出了在不同满液管排数条件下,平均换热系数随降膜管束布置列数变化的关系.从图4(a 可以看出,管外平均换热系数随着降膜管束布置列数的增加而减小.这是由于随着降膜管束布置列数的增加,降膜传热管外干斑面积增大而使管外有效传热面积减小的缘故.而管内换热系数没有直接受到传热管外干斑的影响,即随着降膜管束布置列数的增加而增幅不大(图4(b .这是由于随着管束布置列数的增加,管外平均换热系数减小而使热扩散速率降低、管内冷水温度增加的缘故.根据以上模拟结果,降膜管束布置列数对管外平均换热系数的影响较大,而管内平均换热系数在17.7~17.9kW/(m 2・K 范围内小幅变化.因此,随着降膜管束布置列数增加,总的平均换热系数与管外换热系数的变化趋势相类似(图4(c.(a管外(b管内(c 总平均图4平均换热系数随降膜管束布置列数变化的关系Fig.4The variation of average heat transfer coefficient with falling film tube columns2.2.2冷水出口温度图5示出了在不同满液管排数条件下,蒸发器2个管程的管内冷水出口温度随降膜管束布置列数变化的情况.可见:在管内冷水入口温度一定的情况下,2个管程的管内冷水出口301第1期杨丽,等:水平管降膜蒸发器的管束列数优化数值模拟(a 第1流程(b 第2流程图5冷水出口温度随着降膜管束布置列数的变化情况Fig.5The variation of chilled water outlet temperature with falling film tube columns温度均随降膜管束布置列数的增加而增大;随着满液管排数增大,冷水出口温度随降膜管束列数的增加而增幅趋缓.说明随着降膜管束布置列数增加,冷水进、出口温差和换热量减小,换热特性降低,且随着满液管排数的增加,其降幅逐渐减小.2.2.3换热量图6所示为不同降膜管束布置列数下的蒸发器换热量.可以看出:在降膜蒸发器管束中满液管排数一定时,蒸发器总的换热量随着降膜管束列数的增加而减小;随着管束中满液管排数的增加,降膜管束布置列数对总的换热量的影响降低.这是因为在总的换热管数一定的情况下,随着满液管排数增多、管束中降膜管数减少的缘故.图6总换热量随降膜管束布置列数变化的情况Fig.6The total heat transfer rate variation with fallingfilm tube columns图7所示为不同降膜管束布置列数下的降膜传热管外干斑面积占降膜换热面积的百分数(A .可见:在满液管排数一定的情况下,随着降膜管束布置列数的增加,传热管外干斑面积增大;在降膜管束列数一定时,满液管排数越小,传热管外干斑面积越大;当满液传热管排数达到8时,蒸发器管束布置中降膜管的数量非常少,使得干斑面积为零,蒸发器总的换热量不会受到降膜管束布置列数的影响.因此,在降膜蒸发器管束优化设计中,应尽量减少降膜管束列数的布置,以减少管外干斑的发生,提高蒸发器的换热特性.图7 A 随降膜管束布置列数变化的情况Fig.7The percentage of dry surface variation with fallingfilm tube columns2.3满液传热管排数对换热特性的影响在降膜蒸发器中,为了提高回油性能和换热特性,在蒸发器底部设置一定数量的满液管.图8所示为降膜蒸发器内设置不同满液传热管排数下的蒸发器总换热量.可以看出,对于下进上出的管排布置方式,随着满液管排数增加,蒸发器总的换热量先逐渐增大到一个上限值,而后基本保持不变.这说明在所模拟计算的满液管排数范围内,采用下进上出的管排布置方式时,降膜蒸发器的传热性能在满液管排数为5时较好.图9所示为满液管数占总管数的百分数(η随着满液管排数变化的情况.可见,在相同的满液管排数下,其满液管数百分数与图8中的蒸发器总换热量相对应.说明在与本文类似的降膜蒸发器管束优化设计中,当满液管数约占总管数的25%时,其换热特性最佳.401上海交通大学学报第44卷图8总换热量随满液管排数变化的情况Fig.8The total heat transfer rate distribution alongflooded tuberows图9ηFig.9The distribution of the percentage of flooded tubesalong flooded tube rows2.4质流场均匀性对降膜蒸发器场间的协同作用为了分析降膜蒸发器中降膜管束布置列数的优化情况,本文提出采用质流场均匀性因子来评价和分析降膜蒸发器的换热性能.将冷热流体划分为N k ×N j ×N i 个子换热单元,质流场均匀性因子可表示为<Γ=6N k k =16N j j =16N ii =1ΔΓN k N j N i6N kk =16N jj =16N ii =1(ΔΓ2(7ΔΓ=Γ(i ,j ,k -Γcri (i ,j ,k式中:Γ(i ,j ,k 为换热单元i ,j ,k 的管外实际液体负荷;Γcri (i ,j ,k 为换热单元i ,j ,k 在管外换热发生干斑时所对应的管外临界液体负荷.为了求解<Γ,需先求解式(7中的Γcri .在降膜流动过程中,如果液膜的流速下降,即Re ref =4Γμref 减小,则可能出现液膜破裂的现象,从而在管外壁形成干斑.临界雷诺数与热流密度有关[3],即Re ref ,cri =2(c q o +d(8式中:c 和d 为经验常数;q o 为管外的热流密度,q o =q m ,cw c p ,cw (t cwi -t cwoπd o x(9由式(8和(9可得4Γcriμref=2cq m ,cw c p ,cw (t cwi -t cwo πd o x +d (10由式(10则可得到Γcri .图10示出了<Γ随降膜管束布置列数变化的情况,可以看出:在满液管排数一定的情况下,<Γ随着降膜管束布置列数的增加而减小;随着满液管排数增加,<Γ的降幅变缓,当满液管排数增加到8时,<Γ随降膜管束列数的变化不大.图10所示<Γ的变化趋势与图7的干斑面积变化趋势相反,这说明<Γ能够反应降膜蒸发器的换热特性.在满液管排数一定的工况下,随着降膜管束布置列数增加,降膜管外的干斑面积越大,即<Γ越小,降膜蒸发器的换热特性越差.为了提高降膜蒸发器的换热特性,应尽量提高降膜管外液体的质量流量与热流密度的协同程度,即应尽量增大<Γ.图10<Γ随降膜管束布置列数变化的情况Fig.10The uniformity factor of mass flow fielddistribution along falling film tube columns3结论(1降膜蒸发器的管束布置列数对蒸发器换热特性影响较大,在总管数和满液管数一定的情况下,减小降膜管束布置列数,将有利于蒸发器换热特性的提高.(2满液管数对蒸发器具有一定的影响,当满液管数约占总管数的25%时,蒸发器表现出最佳的换热特性.(3所提出的质流场均匀性因子可以表征蒸发器的换热特性,在满液管排数一定的工况下,质流场均匀性因子越大,则降膜管外干斑面积越小,蒸发器的换热特性越好.(下转第110页501第1期杨丽,等:水平管降膜蒸发器的管束列数优化数值模拟110 上海交通大学学报第 44 卷初始点所得定中结果和相应的目标函数值 . 可以看出 ,在第 1 个亮斑范围内 ,随着初始点不断靠近中心点 ,目标函数值逐渐减小 ,并最终通过搜索算法确定了一个局部最小值点 ,即无衍射光斑的中心点 . 由此可见 ,该算法具有较好的稳定性 , 且定位精度达到 0. 1 个像素 . [ 3 ] ,王 ,谭玉山 . 基于圆拟合的激光光斑中心孔兵昭 6结语本文利用无衍射光斑径向光强度分布符合第 1 类零阶贝赛尔函数的平方特性 ,提出一种定中算法 . 以总的光强度差绝对值之和为目标函数 , 通过单纯形搜索算法 ,利用搜索目标函数的最小值点确定光斑中心点 . 同时 ,进一步优化算法 , 只选取几个圆环代替全平面的圆环滤波来求取目标函数 , 实验分析了该算法在不同噪声水平下的定位精度和搜索时间 . 结果表明 ,其定中平均时间小于 0. 21 s , 定位精度达到 0. 1 个像素 . 该算法可用于类似无衍射光的多个同心圆环状光斑的中心定位 . 参考文献 : [1] Durnin J . Exact solutions fo r no ndiff racting beams : I. The scalar t heory [J ] . Journal of the Optical Society of [2] 周莉萍 ,赵 ,李 . 无衍射光束理论与实现 [J ] . 斌柱 America A , 1987 , 4 ( 4 : 6512654. [ 4 ] . 无衍射光莫尔条纹空间直线度测量的原理与赵斌 f racting beam and moiréf ringe [J ]. Acta Metrologica [ 5 ] . 环栅图像的数字莫尔条纹扫描定中方法 [J ] . 赵斌 Sinica , 2002 , 23 ( 2 : 81286. ( 8 : 189321904. [ 6 ] ,赵 . 无衍射光斑整体中心检测算法 [J ] . 陈慧斌( 上接第 105 页参考文献 : [1] Moeykens S A , Huebsch W W , Pate M B. cluding lubrificant effect s and enhanced surface result s [2] Liu Zhen2hua , Yi Jie. [J ] . ASHRAE Trans , 1995 , 101 (1 : 1112123. Enhanced evaporatio n heat [ 3 ] Roques J F. 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Evapora2 tion heat t ransfer of falling water film o n a horizo ntal [6] 刘振华 ,朱群志 ,陈玉明 . 水平管排外降膜蒸发换热特 L IU Zhen2hua , ZHU Qun2zhi , C H EN University , 2000 , 34 (4 : 4782485. izontal t ube arrays [J ] . Journal of Shanghai Jiaotong [ 7 ] Webb R L , Pals C. Nucleate boiling data for five ref rigerant s on plain , integral2fin and enhanced t ube eratio n of non2diff racting Bessel beams [J ] . Optics and electronics , 2020 , 29 ( 5 : 7702773. 检测算法 [J ] . 红外与激光工程 ,2002 ,31 (3 :2752279. 279. rit hm of laser spot detection based on circle fitting [J ] . 实验 [J ] . 计量学报 ,2002 ,23 ( 2 :81286. 光学精密工程 , 2002 ,10 ( 1 :19224. 半导体光电 , 2020 ,29 ( 5 :7702773. Engineering , 2002 , 10 ( 1 : 19224. ZHAO Bin. Principle and experimental research o n centering ring grating images [J ] . Optics and Precision 性 [J ]. 上海交通大学学报 , 2000 , 34 (4 : 4782485. gence p roperties of t he nelder2mead simplex met hod in t ube bundle [J ] . Heat Transfer2Asian Research , 2002 , geomet ries[J ] . 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Algo2第26卷第2期上海电力学院学报Vol .26,No .22020 年4月Journal of Shanghai U niversity of E lectric Pow erAp r .2020文章编号:1006-4729(2020 02-0123-04水平轴风力机叶轮流场的数值模拟收稿日期:2020 -06-30简介:闫海津(1984-,男,在读硕士,河北沧州人.主要研究方向为水平轴风力机叶片翼型及叶轮流场的数值模拟.E 2mail:yhaij36@126 .项目:国家自然科学 (50706025;上海市教育委员会科研项目(07ZZ144.闫海津,胡丹梅,李佳(上海电力学院能源与环境工程学院,上海200090摘要:利用G AMB I T 建模软件对某大型水平轴风力机进行了整机建模,采用计算流体力学软件F LUE NT 对风力机整机的流场进行了数值模拟,给出了水平轴风力机流场数值模拟的原理和一般性步骤,得到了风力机流场的压力分布、速度分布,以及叶片截面的流动分离情况等结果.对风力机流场的数值模拟和分析可为风力机叶片的设计、改型和研发工作提供一定的指导.关键词:水平轴风力机;叶轮;流场;数值模拟中图分类号:S213;TP335+.4文献标识码:ANu meri cal Si m ul ati on of Flow Fi eld for Hor i zont al 2axisW i n d Turbi n e RotorY AN Hai 2jin,HU Dan 2mei,L I J ia(School of Ther m al Po w er and Environm ental Engineering,Shanghai U niversityof Electric Po w er ,Shanghai 200090,ChinaAbstract :The 3D model of wind turbine blades is built by using the s oft building s oft w are of Ga mbit,and the nu merical si m ulati on of the aer odyna m ic perf or mance of fl ow field f or 3D wind turbine r ot or is made by using computer aer odyna m ic s oft w are .The theory and step s of nu merical si m ulati on of fl ow field f or horiz ontal 2axis wind turbine r ot or is summarized .The p ressure andvel ocity distributi on of fl ow field and the p ressure and vel ocity distributi on ar ound the blades are calculated .Si m ulati on and analyses will op ti m ize the unit design t o i m p r ove the research ability,and p r ovide s ome advice f or the design and research of blades .Key words :horiz ontal 2axis wind turbine;r ot or;fl ow field;numerical si m ulati on风力机是将自然界的风能转换成机械能并获得电能的装置.水平轴风力机风轮气动性能对整个风力机的运行特性和使用寿命起决定作用.随着风力发电技术在我国的进一步推广和风力发电机组的广泛应用,对风力机气动性能的预测研究越来越受到重视.目前,国内一些风力机研究机构对翼型的气动性能进行了大量的模拟和计算,而风轮和整机的气动性能还主要依靠风洞实验来获得.通过对风力机流场的数值模拟,可以获取叶片的部分气动性能,而且数值模拟的成本要远低于风洞实验的成本.因此,采用数值模拟方法来研究风轮的气动性能对于优化风力机叶片和提高风力机运行效率具有重要意义.本文以某大型水平轴风力机为研究对象,进行了整机的数值模拟,深化了对风力机三维叶片的气动性能的了解,可为风力机叶片的设计、改型和研发工作提供一定的指导.1风力机模型建立及流场网格划分本文以某大型失速调节水平轴风力机作为研究对象,进行风力机流场的数值模拟研究.风力机风轮参数和部分叶片截面参数[1]分别见表1和表2.由于叶片各个截面的参数形式上是一样的,只是数值上有所差异,故本文只给出了叶片的前、后部分共6个截面的数据.表1风轮参数风轮直径风轮中心高度轮毂中心到塔架中心距离m 61604.2轮毂直径/m 风轮额定转速/r ・m in -1翼型系列偏航角/(°2.819.27NACA634表2叶片截面参数截面号到叶片根部距离/m 弦长/m 安装角/(°厚度2.951.8085.4179……………29.100.0120.0050利用建模软件G AMB I T 作为建模工具生成了风力机整机模型.借助G AMB I T 的实体化曲面处理能力,从风力机叶片各个截面翼型的原始二维坐标数据出发,构造出叶片截面翼型的样条曲线,然后根据各个截面的翼型、弦长、安装角和翼型厚度等数据的几何变换,得到各个截面在空间的实际位置的三维坐标,并导入在G AMB I T 中形成的叶片各个界面的翼型的曲线,最后利用建模软件建立三维模型,如图1所示.并在此基础上建立了风力机的整机模型[2,3].图1风力机的三维立体模型图2给出了风力机流场计算区域的边界和网格分布.为了尽量减少计算区域边界对结果的影响,风力机模型后部流场区域长度取风轮直径的4倍,前部流场区域取风轮直径尺寸,环形流场区域边长为风轮直径的2倍.由于风力机叶片表面结构复杂,为缩短计算时间,对风力机各部分表面421上海电力学院学报2020 年进行网格加密处理,采用非结构化网格对流场区域进行网格划分[3],见图2.网格总数达90万之多.图2流场区域及网格划分2数值模拟方法2.1湍流模型选择RNGκ2ε提供了考虑低雷诺数流动粘性的解析公式.这些特点使得RNG κ2ε模型在许多流动情况下具有更高的可信度和精度[4,5].因此,本文在数值模拟计算中选择RNGκ2ε模型,其输运方程为:ρD κD ε=99x i μ+μt σκ9κ9x i+G κ-ρερD εD t =99x i μ+μt σε9ε9x i +C ε1εκG κ-C 3ε2ρε2κC 3ε2=C ε2+Cμη31-ηη01+βη3式中:μt 湍流涡团粘性系数;G κ平均速度梯度引起的湍动能的产生项;G μ,C ε1,C ε2,σκ,σε经验常数.各湍流模型常数分别为:G μ=0.0845;C ε1=1.42;Cε2=1.68;σκ=0.72;σε=0.75.2.2边界条件设定(1假定进口边界处具有相同的风速,且不考虑风速切变的影响.设置进口为速度进口边界.(2在出口边界处假定流动充分发展,由于求解前出口处流速和压力未知,所以设置出口为出流边界.(3叶轮和塔架设定为无滑移固壁边界.由于在确定计算区域时已经考虑到了计算区域外边界对计算的影响,故选用相对于叶轮直径较大的区域外边界,可忽略外边界对计算的影响,其边界条件也可作为固壁边界来处理[5,6].2.3定解条件(1采用分离式求解器(segregated s olver 进行求解,即按顺序逐一求解各方程.(2采用隐式算法,将离散的非线性控制方程线性化为在每一个计算单元中相关变量的方程组,即对于给定变量,单元内的未知量用邻近单元的已知和未知值来计算.(3流场中只存在空气单相流动,这里暂不考虑风沙、水滴等多相流情况.空气密度和空气动力粘度依据模型提供的常规值且保持为常数.(4因为气流(空气密度很小,所以可以不考虑重力的影响.(5在求解过程中可以假定所有过程都是绝热过程,即不考虑热传导与太阳辐射.(6湍流模型采用RNG κ2ε模型.(7方程中压力2速度耦合采用SI M P LE (Se m i 2I m p licit Method f or Pressure 2linked Equa 2ti ons 算法,即求解压力耦合方程组的半隐式方法,它属于压力修正法的一种,是目前工程上应用最为广泛的流场计算方法,主要用于求解不可压缩流场的数值(也可用于求解可压流动.其核心是采用“猜测修正”的过程,在交错网格的基础上来计算压力场,从而达到求解动量方程(Navier 2St okes 方程的目的[6,7].3数值模拟结果及分析本文计算了风力机在来流风速为30m /s 情况下,风力机处于大风停机状态的整机的流场.经过140次迭代计算收敛后,利用F LUE NT 的后处理功能进行处理,可以有效地观察和分析流动计算的结果.图3为风力机旋转平面的压力等值线.图3风轮旋转平面上的压力等值线从图3可以看出,风力机3个叶片流场的压力等值线分布几乎是相同的,说明叶轮在停机状态下,3个叶片之间没有相互影响;在叶片附近的521闫海津,等:水平轴风力机叶轮流场的数值模拟等值线较密,数值变化也较大,反映出叶片表面附近的压力梯度较大,这与现实情况相吻合.图4为风力机铅直面上的速度等值线.从图4可以看出,风轮及塔架附近的速度梯度较大,靠近风轮附近的区域速度变化较快,但是风轮后的速度等值线是逐渐扩大的,说明在流过风力机叶轮后气流速度恢复为来流速度的过程较为漫长[8,9].图4风力机铅直面上的速度等值线图5和图6分别为叶片在半径为5m 和2.5m 处截面的速度矢量图。
水平管外降膜流动的膜厚测量和数值模拟
摘 要 ：采 用激 光诱 导 荧光 法结合 数 字 图像 处理技 术 对 水平 管 外 降膜 流 动 的 液 膜厚 度 进 行 了测量 ，
得到 了常温 常压 下水在 水 平光 滑管 和 Ｔｕｂ． Ｉ 强化 管 外降膜 流动 的过 程 中， ｒｏＣ Ｉ 液膜 厚度 随 流 量 、 管 周 角度和 液体 分布 装 置布 液 高度 变化 的规 律． 用 Ｆｕ ｎ 软件 对单根 水平 管 外 的流 动情 况进行 了 采 ｌｅｔ
布液 高度 的增 大 而变 小 ； 外液 膜 流动 有 波 动 ， 半 周 的 液 膜 波 动 比较 大 ， ｒ ｏＣ Ｉ 管 上 Ｔｕ ｂ － Ｉ 强化 管外 液
膜表 面 的波动要 比光滑 管 的小． 关键 词 ：水平 管 ； 厚 测量 ； 膜 激光 诱导 荧光 法 ； 值模 拟 数 中图分 类号 ：ＴＫ１ ２ 文献标 志码 ：Ａ ７ 文章 编 号 ：０ ５ —８ Ｘ（ ０ ０ ０ －０ １０ ２ ３９ ７ ２ １ ） ９０ ０ —５
第４ ４卷
第９ 期
西
安
交
通
大 学 学
报
Ｖｏ ． ４ № ９ １４
Ｓｅ ｐ． ２ １ ００
２１ ０ ０年 ９月
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩＡＮ Ｉ ＪＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩ ＶＥＲＳＴＹ Ｉ
水 平 管 外 降 膜 流 动 的 膜 厚 测 量 和 数 值 模 拟
何茂 刚 ，范 华亮 ，王 小 飞 ， 吕凯
ｔｏ ｅ ｕｔ ｒ ｏ ｐ ｒ ｄ ｗｉｈ ｔ ｅｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌｄ ｔ ．Ｔｈ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅｆｌ ｔ ｉｋ ｅ ｓ ｉｎ ｒ ｓ ｌｓｗｅ ｅｃ ｍ ａ ｅ ｔ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ａ ａ ｅｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｉ ｍ ｈｃ ｎ ｓ
水平滴形管降膜蒸发器管外液体流动数值模拟
水平滴形管降膜蒸发器管外液体流动数值模拟王伟洁;杨丽;冀哲【摘要】针对制冷系统中降膜蒸发器的两种不同管形的换热管(圆形管和滴形管)管外液膜流动情况进行研究.通过Fluent软件,建立二维模型,以制冷剂R134a为介质,进行数值模拟.通过不同的换热管管形、不同的布液高度、不同的布液器出口初始流速及不同的管间距组合下的多种工况,分析换热管管外成膜情况、液膜的流动情况和成膜厚度.结果显示:在各模拟条件相同的情况下,滴形管的成膜管排数比圆形管多,且滴形管管外制冷剂流动的扰动较少,成膜更加均匀.滴形管成膜管排数随着布液高度的增大而减少;液膜厚度随布液高度的增大而减小;但是布液高度不应过大.滴形管液膜厚度随初始流速增大呈现增大的趋势,柱状流成膜范围也加大.滴形管成膜管排数、液膜厚度均随着管间距增大而减少.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2018(038)012【总页数】6页(P15-20)【关键词】制冷系统;降膜蒸发器;数值模拟;异形管;滴形管【作者】王伟洁;杨丽;冀哲【作者单位】山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东建筑大学山东省建筑节能技术重点实验室,山东济南250101;山东建筑大学可再生能源建筑利用技术教育部重点实验室,山东济南250101;山东省贝莱特空调有限公司,山东德州253500;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】TU831.71 概述由于水平管降膜蒸发器换热性能好，传热温差小，越来越多的工业领域开始使用换热效率较高的降膜蒸发器进行工业生产，这将大大降低成本，同时实现节能减排。
因此，为增强降膜蒸发器的换热效率，对不同的换热管管型进行数值模拟，研究换热管管外制冷剂流动情况及成膜厚度具有重要意义。
一开始，学者们研究较多的是圆形换热管管外液体流动情况及液膜厚度[1-8]。
后来，关于降膜蒸发器采用异型换热管来增强换热效果的研究逐渐增多[8-12]。