水平管式降膜蒸发器模拟

降膜蒸发器中，制冷剂通过布液器滴淋到换 热管上，在上面发生降膜蒸发，水在管内流动，蒸发所 产生的蒸汽通过管束问的气流通道汇集到蒸发器两侧， 从顶部流出。根据管程布置方式的不同，降膜蒸发器有 水平布置和垂直布置之分。由于制冷剂流量沿管排方向 逐渐减少，位于蒸发器底部的管了容易缺液而产生干斑， 通常在降膜蒸发器底部存有一定量的制冷剂液体，底部 儿排管了沉浸在制冷剂中，换热方式为满液式换热，这 样可以减少或避免部分管了出现干斑现象，从而强化换 热，如图1中颜色较深部分所示。
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。
图2 蒸发管束示意图
图3 管束轴向截面图
根据传热单元法，单元体的热负荷为
式中，Qij为单元热负荷；qm为流体质量流速，qmCP 为水当量;Tcwi, Tr，分别为水及制冷剂的入口温度;ε为单 元换热器效能
nNTO为传热单元数
式中，Ao为单元内基于管子包络外径的管外换热面积， Ko为相应总传热系数
式中，Rfi为污垢热阻，Aic为单元中实际内径表面积； Ai为单元内基于标准内径 Di 的管内换热面积；hi为管内 换热系数；Rw/Aw为管壁热阻；ho为管外换热系数。因 此，计算单元热负荷的关键在于确定管内外换热系数。
二、单元模型
采用分布参数法建立降膜蒸发器的模型，将蒸发管 沿管子轴向分为NX等份，在管排垂直方向，根据实际管 排数将蒸发器分为Nt等份，在管排水平方向，根据每排 最多的布管数将蒸发器分为Nc等份。图2, 3中i,j分别表示 蒸发管轴向和管排垂直方向的单元序号，k表示为管排水 平方向的单元序号。图中的阴影表示一个单元体。沿轴 向一个管程共有NX个网格，对有Np个管程，水平布置和 垂直布置的蒸发器，管长方向总网格数分别为Np×NX ， NX 。
基于分布参数模型的 水平管式降膜蒸发器模拟
汇报人：
前言
降膜蒸发相比其他形式的蒸发如满液式有许多优点: 传热效率高、制冷剂充注量少和节省管材等。鉴于此， 降膜蒸发越来越广泛应用于制冷空调、食品加工、化工 和海水淡化等行业。由于降膜蒸发传热机理复杂，蒸发 器性能受布液方式、管排布置和管型、液膜流态、气流 分布和表面湿润状况等因素的影响，目前对此类蒸发器 还缺乏有效的设计计算方法，工程上大多采用集总参数 法，即采用一个平均换热系数表示整个蒸发器的性能。 这种方法计算精度低，误差较大。 本文建立降膜蒸发器分布参数的计算模型，管外降 膜换热系数采用ROQUES和THOME的关联式计算
(3)根据本文一些算例分析，建议满液区管子的百分比 为40%左右。 (4)在没有设置制冷剂循环泵的情况下，为保证满液位 置稳定，蒸发器入口制冷剂质量流量的取值应与所产 生制冷剂蒸汽的质量流量大体相等。
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