蒸发器自然循环推动力计算理论研究
锅炉-陈高飞--锅炉蒸发设备与自然水循环
1.4.3 水冷壁的用材
中压锅炉的水冷壁多用￠60×3mm的管子，高压锅 炉多用坝￠60*5和￠76×6mm的管子。承受同样压 力时，如果管子直径小一些，则管壁厚度也可减 小一些；管径越小，遮盖同样面积的炉墙所需金 属也越少。
1.4.4 水冷壁的类型
由于锅炉的形式和参数也不
同，所采用的水冷壁形式也 不同。水冷壁的类型有光管 式、膜式和刺管式三种。
1.4 水冷壁
蒸发设备中唯一的受热面 1.4.1水冷壁的布臵与组成。 水冷壁布臵在燃烧室内壁四周，或部分布
臵在燃烧室中间。它由许多根上升管组成， 以接受辐射传热为主受热面。与对流受热 面相比，其辐射受热面的热负荷大，说明 传递同样的热量可以用较少的受热面。
1.4.2 水冷壁的作用
（1）依靠炉膛的高温火焰和烟气对水冷壁辐射传 热，使未饱和水或饱和水加热蒸发成饱和蒸汽。 （2）由于炉墙内表面被水冷壁管遮盖，故能较快 降低炉墙温度，能防止烧坏炉墙，还能防止结渣 侵蚀炉墙o （3）可以简化炉墙的结构，减轻炉墙的重量。 （4）如采用敷管式炉墙，水冷壁还可起悬吊炉墙 的作用。
1.5.3 我公司过热器的基本情况
为防止过热器的磨损和结渣，过热器管全部采用顺 列布臵，烟速一般控制在5m/s左右。 为保证过热器管内有足够的蒸汽流速，三级过热器 均采用单管圈结构，管子规格均为φ42×4。 三级（共五组）过热器均采用管吊管的悬吊结构， 将整个过热器的重量，通过吊杆悬吊在顶部梁格上。
过热器按结构和装臵形式，可分为立式和卧式两种 3按传热方式，可分为对流式、辐射式和半辐射式 等几种。 1.5.2.1 对流过热器 它布臵在烟道中，主要依靠对流传热方式吸收烟气 的热量，故称为对流过热器炉墙外面。蒸汽在蛇 形管内流动，蛇形管外则受烟气的横向冲刷。由此， 烟气将热量传给蛇形管，蒸汽则从管壁上将热量带 走，而使蒸汽加热，提高了温度。
两种不同结构的回路型重力热管性能比较
两种不同结构的回路型重力热管性能比较陈绍杰;杨峻【摘要】Having advantages of the loop thermosyphon and those of gravity heat pipe combined to design a loop thermsyphone was implemented.Basing on the experiments,the heat transfer performance of loop thermo syphons with different structures was analyzed to show that,the heat transfer performance of type A loop thermosyphon outperforms that of the type B;and different tilt directions have little effect on the two loop thermosyphons.Simulating tooth-shaped fin's influence on the loop thermosyphon shows that,the tooth-shaped fin can effectively enhance the natural convection heat transfer and increase the heat transfer power of the loop thermosyphon.%将回路型热管和重力热管的优点相结合,设计了回路型重力热管.通过试验的方法分析两种不同结构的回路型重力热管的传热性能,结果表明:A型回路型重力热管的传热性能优于B型,不同的倾斜方向对两种回路型重力热管几乎没有影响.通过数值模拟的方法研究了齿形翅片对回路型重力热管的影响,结果表明:齿形翅片可以有效强化自然对流传热,增加回路型重力热管的传热功率.【期刊名称】《化工机械》【年(卷),期】2017(044)002【总页数】5页(P131-134,144)【关键词】回路型重力热管;齿形翅片;传热性能;倾斜方向【作者】陈绍杰;杨峻【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院;南京工业大学机械与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ051.21热管是一种依靠工质的相变来传递热量的高效传热元件。
再循环蒸发器的理论与实验研究的开题报告
再循环蒸发器的理论与实验研究的开题报告题目：再循环蒸发器的理论与实验研究一、选题背景在工业生产过程中，提高产品质量和生产效率是企业永恒追求的目标。
再循环蒸发器作为一种新型的蒸发设备，具有节能、高效、环保等优点，广泛应用于化工、制药、饮料等领域中。
然而，针对再循环蒸发器的理论与实验研究仍然存在很多不足之处，比如缺乏理论研究、实验数据不够充分、运行参数不易控制等。
二、选题意义加强对再循环蒸发器的研究，对于提升蒸发设备的性能和效率，优化生产工艺，实现节能减排、降低成本和提高企业竞争力具有重要意义。
通过理论和实验的相结合，可以更好地了解再循环蒸发器的运行机理，提高其稳定性和可靠性，同时也能够为进一步推广应用提供坚实的基础支撑。
三、主要研究内容通过文献综述，了解再循环蒸发器的发展历程、工作原理、分类及应用领域。
结合实验室条件，设计合适的再循环蒸发器实验设备，考察不同条件下再循环蒸发器的蒸发效果、能耗消耗等运行指标。
在此基础上，分析再循环蒸发器的运行机理和影响因素，综合选择合适的运行参数和控制策略，提高设备的性能和经济效益。
四、研究方法及技术路线1.文献综述：通过查阅相关的蒸发器文献和专利资料，系统了解再循环蒸发器的理论与实验研究进展。
2.实验研究：根据不同的实验需求，设计合适的再循环蒸发器实验设备，主要考察不同条件下设备的能耗、蒸发效果等关键运行指标。
3.数据分析：依据实验数据，分析再循环蒸发器的运行机理和影响因素，制定相应的运行参数和控制策略，提高设备性能和效益。
五、拟达成的目标和创新点通过理论和实验相结合的方法，研究再循环蒸发器的运行机理和影响因素，探索合适的运行参数和控制策略，提高设备稳定性和经济效益，为相关行业的生产工艺优化提供技术支持和理论指导，具有一定的应用前景和推广价值。
蒸发设备的认知与操作—循环型(非膜式)蒸发器
中央循环管蒸发器的主要优点是结构简单、紧 凑，制造方便，操作可靠，投资费用少。缺点 是清理和检修麻烦，溶液循环速率较低，一般 仅在0.5 以下，传热系数小。它适用于黏度适 中、结垢不严重、有少量的结晶析出及腐蚀性 不大的场合。中央循环管式蒸发器在工业上的 应用较为广泛。
图16.2-1 中央循环管式蒸发器 1—外壳；2—加热室；3—中央循环管；4—蒸发室；5—除沫器
图16.2-2悬筐式蒸发器 1—加热室；2—分离室；3—除沫器 4—环形循环通道
ห้องสมุดไป่ตู้
中央循环管式蒸发器
中央循环管式蒸发器
中央循环管式蒸发器为最常见的蒸发器，其结构如图16.2-1所示。 它主要由加热室、蒸发室、中央循环管和除沫器组成。蒸发器的 加热器由垂直管束构成，管束中央有一根直径较大的管子，称为 中央循环管，其截面积一般为管束总截面积的40％～100％。当 加热蒸汽(介质)在管间冷凝放热时，由于加热管束内单位体积溶 液的受热面积远大于中央循环管内溶液的受热面积，因此，管束 中溶液的相对汽化率就大于中央循环管的汽化率，所以管束中的 气液混合物的密度远小于中央循环管内气液混合物的密度。这样 造成了混合液在管束中向上、在中央循环管向下的自然循环流动。 混合液的循环速率与密度差和管长有关。密度差越大，加热管越 长，循环速率越大。但这类蒸发器受总高限制，通常加热管为 1～2 ，直径为25～75 ，长径比为20～40。
图16.2-3外加热式蒸发器 1—加热室；2—蒸发室；3—循环管
悬筐式蒸发器
悬筐式蒸发器
其结构如图16.2-2所示，它的加热室像个篮筐，悬挂 在蒸发器壳体的下部，作用原理与中央循环管式相同， 加热蒸汽从蒸发器的上部进入加热管的管隙之间，溶 液仍然从管内通过，并经外壳的内壁与悬筐外壁之间 的环隙中循环，环隙截面积一般为加热管总面积的 100％～150％。这种蒸发器的优点是溶液循环速度比 中央循环管式要大（—般在1～1.5 m/s），而且，加 热器被液流所包围，热损失也比较小；此外，加热室 可以由上方取出，清洗和检修比较方便。缺点是结构 复杂，金属耗量大。它适用于容易结晶的溶液的蒸发， 这时可增设析盐器，以利于析出的晶体与溶液分离。
蒸发计算方法综述
蒸发计算方法综述摘要：蒸发是地球表面水量和能量平衡中的重要分量，对于区域气候、旱涝变化趋势，水资源形成及变化规律，水资源评价等方面的研究有着重要作用。
本文列举了常用的几种蒸发计算方法，对每种方法的优缺点进行了简要概括，并提出了未来蒸发计算方法的发展方向。
关键词：蒸发 计算方法1 关于蒸发的几个概念蒸发（Evaporation ）是水循环和水平衡的基本要素之一。
水分从液态变为汽态的过程称为蒸发。
它涉及地球表层中能量循环和物质转化最为强烈的活动层——土壤-植物-大气系统(SPAC )，常受下垫面条件(如地形、土壤质地、土壤水分状况等)、植物生理特性(如植物种类、生长过程等)和气象因素(如太阳辐射、温度、湿度、风速等)等诸多因素的影响。
因此，蒸发蒸腾问题成为水文学、气象学、农学等多个学科领域的关注焦点。
发生在海洋、江河、湖库等水体表面的蒸发，称为水面蒸发，它仅受太阳辐射等气象因素的热能条件制约，故又可称为蒸发能力。
发生在土壤表面或岩体表面的蒸发，通常称为土壤蒸发。
发生在植物表面的蒸发，称为植物蒸腾或植物蒸散发。
发生在一个流域或区域内的水面蒸发、土壤蒸发和植物蒸腾的总和称为流域蒸散发或陆地蒸发。
陆地蒸发不仅取决于热能条件，还取决于可以供应蒸发的水分条件，即供水条件。
蒸发蒸腾（Evaportranspiration ，简称ET )包括土壤蒸发和植被蒸腾，在全球水文循环中起着重要的作用。
参考作物蒸发蒸腾量（）：为一种假想参考作物的蒸发蒸腾速率。
假想作物的高度为0.12m ，固定的叶面阻力为70s/m ，反射率为0.23，非常类似于表面开阔、高度一致、生长旺盛、完全覆盖地面且不缺水的绿色草地蒸发蒸腾量。
的计量单位以水深表示，单位为mm ；或用一定时段内的日平均值表示，单位为mm/d 。
0ET 0ET 2 直接测定法2.1 蒸发皿测定法1687年英国天文学家Halley 使用蒸发器测定蒸发量揭开了水面蒸发观测的序幕。
自然循环蒸发器原理
自然循环蒸发器原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊自然循环蒸发器原理。
这玩意儿啊，就好像是一个神奇的魔法盒子！你看啊，自然循环蒸发器就像是一个特别勤劳的小厨师，不停地在那工作着。
它的任务呢，就是把那些需要处理的液体变成我们想要的样子。
想象一下，那些液体就像是一群调皮的小孩子，在蒸发器这个大游乐场里跑来跑去。
而蒸发器呢，就有办法让这些小孩子乖乖听话，按照它的规则来玩。
它是怎么做到的呢？其实很简单啦！就是利用了热和重力这两个好帮手。
热就像是给这些小孩子注入了活力，让他们兴奋起来，开始动起来。
而重力呢，就像是一个无形的手，牵着这些小孩子往下走。
在蒸发器里，液体被加热后，就会变得轻飘飘的，想要往上跑。
但是呢，上面的空间是有限的呀，它们跑不上去了，那就只能乖乖地顺着管道往下流。
这一上一下的，不就形成了一个循环嘛！这就好像是我们爬山一样，爬上去累得气喘吁吁，然后又顺着山路走下来，轻松又自在。
自然循环蒸发器不就是这样嘛！而且啊，这个过程中还有很多有趣的地方呢！比如说，液体在循环的过程中，会不断地发生变化。
就像我们成长的过程一样，会变得越来越成熟，越来越有价值。
它能把那些复杂的液体变得纯净，把有用的成分提取出来。
这多厉害呀！简直就是一个魔法大师！你说，这自然循环蒸发器是不是特别神奇？它就像是一个默默工作的英雄，在我们看不到的地方，为我们的生活和生产做出了巨大的贡献。
咱再想想，如果没有自然循环蒸发器，那我们的生活得变成啥样啊？好多东西都没法生产出来了，那多不方便呀！所以啊，我们真得好好感谢这个神奇的小玩意儿，让我们的生活变得更加美好和便利。
它虽然不大，但是作用可大了去了！这就是自然循环蒸发器原理啦，是不是很有趣呢？是不是让你对这个世界又多了一份好奇和惊叹呢？反正我是觉得特别有意思！嘿嘿！。
蒸发设备及循环原理
四、沸腾传热恶化 分类： 1、第一类沸腾传热恶化 此类恶化发生在质量含汽率较低处，是由于热负 荷过高，核态沸腾转变为膜态沸腾造成的。 2、第二类沸腾传热恶化 此类恶化发生在含汽率较高的液体欠缺对流传热 区。
防止沸腾传热恶化的措施 （1）保证较高的质量流速 （2）降低受热面的局部热负荷 （3）采用特殊的水冷壁内结构
（四）循环停滞，倒流，自由水面的校验 目的：为保证循环可靠性，确定受热管工作的安全条 件。
D
F
C
A B
E
s
s
-G
+G
循环全特性曲线
0
（五）防止发生循环停滞和倒流的措施
1、减少并列水冷壁管的受热不均 （1）按受热情况划分循环回路 （2）改善炉角边管的受热情况 （3）采用平炉顶结构 2、降低循环回路的流动阻力 （1）采用大直径集中下降管 （2）增大下降管截面比Axj/A、或汽水引出 管截面比Ayc/As
二、汽水分层
1、定义：在水平或微倾斜的蒸发管中，汽水 混合物流速较低时，将使水在管子下部 流动。蒸汽在管子上部流动，形成汽 水分层。
气
水 水平管中汽水分层流动
2、影响：使管子上下部温度不同会产生温差应力 ，上部受到蒸汽冲刷，管壁冷却条件较差， 会使上部管壁的温度升高，生成盐垢。还可 能在汽水分界面处附近由于交变热应力造成 管子疲劳破坏。
三、下降管含气
自然循环锅炉的下降管中的工质含有蒸汽时，管
内工质的平均密度下降，有效压头下降，循环的推动
力减少。同时由于管内容积流速增加，使下降管内的
S
流动阻力增大，循环水量下降，可能造成循环停滞、 自由水面，从而影响循环安全。 （一）下降管含汽的原因 旋涡斗带汽、下降管入口锅 水自汽化、汽包内锅水含汽等。
蒸发潜热和蒸发焓
蒸发潜热和蒸发焓全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：蒸发潜热和蒸发焓是热力学中重要的概念，其在物理、化学等领域都有广泛的应用。
本文将深入探讨蒸发潜热和蒸发焓的定义、计算方法以及其在日常生活和产业中的应用。
让我们来了解一下蒸发潜热和蒸发焓的定义。
蒸发潜热是指单位质量的液态物质在从液态到气态的相变过程中吸收的热量。
在蒸发过程中，液体分子的动能增加，克服了液体表面张力，脱离液体表面进入气相，这个过程需要吸收热量。
而蒸发焓则是单位质量的液态物质在从液态到气态的相变过程中吸收的总能量，包括潜热和热容。
蒸发潜热和蒸发焓的计算是基于热力学第一定律的能量守恒原理。
在实际应用中，可以利用热力学循环图进行计算。
以水为例，其蒸发潜热为2260 kJ/kg，蒸发焓为2501 kJ/kg，在1个大气压下。
在日常生活和产业中，蒸发潜热和蒸发焓有着广泛的应用。
它们是研究大气中水汽循环和气候变化的重要参量。
水的蒸发会带走大量的热量，影响地球表面的温度分布。
蒸发潜热和蒸发焓也是工业蒸发器、热泵和空调系统等设备设计和运行的重要参数，对于提高能源利用效率和生产效率起着关键作用。
蒸发潜热和蒸发焓在生活中也有着重要的应用。
烧水煮饭、晾干衣物等过程中，都需要考虑到水的蒸发潜热。
又如，消防员在灭火时利用水雾喷射对火灾进行灭火，也是利用了水的蒸发潜热来吸收热量。
蒸发潜热和蒸发焓是热力学中的重要概念，它们在物理、化学、地球科学等领域都有广泛的应用。
通过深入理解这两个概念，我们可以更好地掌握和应用热力学原理，促进科学研究和工程技术的发展。
希望本文对读者有所帮助，增进对蒸发潜热和蒸发焓的理解和应用。
第二篇示例：蒸发潜热和蒸发焓是研究物质相变过程中的重要参数，也在实际生活和工程中有着广泛应用。
蒸发是一种物质由液态向气态的相变过程，在这个过程中吸收了大量的热量，使得物质从液态状态转变为气态状态。
而这个过程中吸收的热量就是蒸发潜热。
蒸发潜热是指单位质量的物质从液态变为气态时吸收的热量，它是一个固定数值，与物质的种类有关。
单效蒸发及计算
单效蒸发及计算 Prepared on 22 November 2020单效蒸发及计算一.物料衡算(materialbalance)对图片5-13所示的单效蒸发器进行溶质的质量衡算，可得由上式可得水的蒸发量及完成液的浓度分别为(5-1)(5-2)式中F———原料液量，kg/h；W———水的蒸发量，kg/h；L———完成液量，kg/h；x0———料液中溶质的浓度，质量分率；x1———完成液中溶质的浓度，质量分率。
二.能量衡算(energybalance)仍参见图片(5-13)，设加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出，则由蒸发器的热量衡算得（5-3）或（5-3a）式中D———加热蒸汽耗量，kg/h；H———加热蒸汽的焓，kJ/kg；h0———原料液的焓，kJ/kg；H'———二次蒸汽的焓，kJ/kg；h1———完成液的焓，kJ/kg；hc———冷凝水的焓，kJ/kg；QL———蒸发器的热损失，kJ/h；Q———蒸发器的热负荷或传热速率，kJ/h。
由式5-3或5-3a可知，如果各物流的焓值已知及热损失给定，即可求出加热蒸汽用量D以及蒸发器的热负荷Q。
溶液的焓值是其浓度和温度的函数。
对于不同种类的溶液，其焓值与浓度和温度的这种函数关系有很大的差异。
因此，在应用式5-3或5-3a求算D时，按两种情况分别讨论：溶液的稀释热可以忽略的情形和稀释热较大的情形。
1．可忽略溶液稀释热的情况大多数溶液属于此种情况。
例如许多无机盐的水溶液在中等浓度时，其稀释的热效应均较小。
对于这种溶液，其焓值可由比热容近似计算。
若以0℃的溶液为基准，则（5-4）（5-4a）将上二式代入式5-3a得（5-3b）式中t0———原料液的温度，℃；t1———完成液的温度，℃；C0———原料液的比热容，℃；C1———完成液的比热容，℃；当溶液溶解的热效应不大时，其比热容可近似按线性加合原则，由水的比热容和溶质的比热容加合计算，即(5-5)(5-5a)式中CW———水的比热容，℃；CB———溶质的比热容，℃。
第八章 蒸发设备及自然循环
36
减轻措施：
（1）改进燃烧； （2）避免出现管壁局部温度过高； （3）保存管壁附近氧化性气氛；
（4）采用耐腐蚀材料
37
水冷壁爆管
38
热电厂锅炉水冷壁管喷涂抗高温氧化耐磨涂层
39
40
思考题 1.自然循环回路有哪些设备? 2.汽包的作用有那些？结构、布置？ 3.水冷壁的作用？结构形式？
由于发生第二类时的热负荷比发生第一类恶化时的低得多，
因此，它发生的可能性比第一类要大得多。
53
（2）对于自然循环锅炉，在水循环正常的情况下，水冷壁局部 最高热负荷均低于其临界热负荷，因此一般不会发生第一类沸 腾传热恶化。 （3）第二类传热恶化 超高压以下的自然循环锅炉，正常情况下的水冷壁出口 工质含汽率 x 都低于临界含汽率xc，故也不会发生第二类沸腾 传热恶化。
图8-4 受热面管子和管道与汽包 的连接 1—省煤器；2—汽包；3—下降 管；4—水冷壁；5—过热器
20
21
（三）汽包的安全运行
限制工作压力（ 设置安全阀） 限制汽包壁温差小于50 oC，防止产生过大热
应力（限制启停炉
定义：由连续排列的管子组成的辐射受热面，紧贴 炉墙形成炉膛周壁
亚临界压力的自然循环锅炉，其水冷壁内工质的实际含 气率相对较大，很接近其临界含汽率值，故发生第二类沸腾 传热恶化的可能较大。
54
3．沸腾传热恶化的防止措施
（1）保证一定的质量流速
（2）降低受热面的局部热负荷 （3）采用内螺纹管 （4）加装扰流子
内螺纹管结构
内螺纹管降温效果 光管；2—内螺纹管； tbh—饱和温度；tnb—内壁温度 55
单效蒸发器蒸发计算方式
单效蒸发器蒸发计算方式单效蒸发设计计算内容有： ①确定水的蒸发量； ②加热蒸汽消耗量； ③蒸发器所需传热面积。
在给定生产任务和操作条件，如进料量、温度和浓度，完成液的浓度，加热蒸汽的压力和冷凝器操作压力的情况下，上述任务可通过物料衡算、热量衡算和传热速率方程求解。
一、蒸发水量的计算对图5-13所示蒸发器进行溶质的物料衡算，可得由此可得水的蒸发量（5—1）完成液的浓度（5—2）式中：F ——原料液量，kg/h ； W ——蒸发水量，kg/h ； L ——完成液量，kg/h ；x 0——原料液中溶质的浓度，质量分数；x 1——完成液中溶质的浓度，质量分数。
二、加热蒸汽消耗量的计算加热蒸汽用量可通过热量衡算求得，即对图5-13作热量衡算可得：（5—3）110)(Lx x W F Fx =-=)1(1x x F W -=W F Fx x -=1Lc 10Q Dh Lh WH Fh DH +++=+‘图5-13 单效蒸发器或（5—3a ）式中：H ——加热蒸汽的焓，kJ/kg ; H ´——二次蒸汽的焓，kJ/kg ; h 0 ——原料液的焓，kJ/kg ; h 1 ——完成液的焓，kJ/kg ;h c ——加热室排出冷凝液的焓，kJ/h ; Q ——蒸发器的热负荷或传热速率，kJ/h ; Q L ——热损失，可取Q 的某一百分数，kJ/kg ; c 0、c 1——为原料、完成液的比热，kJ/(kg ·℃) 。
考虑溶液浓缩热不大，并将H ´取t 1下饱和蒸汽的焓，则（9—3a ）式可写成：（5—4）式中： r 、r ´——分别为加热蒸汽和二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg 。
若原料由预热器加热至沸点后进料（沸点进料），即t 0=t 1，并不计热损失，则（4—5）式可写为：（5—5）或（5—5a ） 式中：D /W 称为单位蒸汽消耗量，它表示加热蒸汽的利用程度，也称蒸汽的经济性。
第五章蒸发(概述、1节)
二、单效蒸发流程
二次蒸汽
不凝性气体
冷却水
冷凝器
原料液 加热蒸汽
（生蒸汽）
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除沫器 蒸发室
加热室
冷凝水
完成液 单效蒸发器
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水
2019/5/10
概述：蒸发的基本原理 (4)
1、加热剂——饱和蒸汽，也称为新鲜蒸汽，或生蒸汽，一般来自锅炉，
用于加热稀溶液使之沸腾，其冷凝水在在饱和状态下排出；
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2019/5/10
第一节 蒸发设备(10)
二、强制循环型蒸发器：
强制型与自然 循环的最大区别是 增加了循环泵，加 强了溶液在蒸发器 内的流速,其速度 可达2～3.0m/s， α较大，速度增大 则阻力损失增大， 耗能增大。
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2、真空蒸发：为什么多数采用真空蒸发？
（1）可以降低溶液的沸点： 提高蒸发的传热推动力——Δtm=T-t
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2019/5/10
概述：蒸发的基本原理 (12)
（2）明确以下概念：对于t(沸点)—p(操作压强)的关系:
①浓度x一定，p↑,t↑;p↓,t↓; ②操作压强p一定，浓度x↑，t ↑(溶质的沸点升高) ③同一压强p,同一浓度x，沸点t的高低决定于物料种类。 ④ 若保持 p↓,t↓,Δtm不变，可以降低加热蒸汽的饱和温度Ts， 进一步可以减少热损失。
溶液物料走管程 以管式为例
沸腾
蒸发是 有相变
加热蒸汽走壳程
被冷凝
蒸发过程的推动力：Δtm=T-t
的传热 过程；
加热蒸汽的饱和蒸汽压 Ps↔饱和温度T
蒸发工艺计算讲解
二、 加热蒸汽的消耗量
以蒸发器为衡算范围，以kJ/h为单位对进出 蒸发器的热量进行衡算（以0℃液态为温度 与物态基准）：
DH + Fh0= Dhc + WH +(F-W)h1 + QL
Q S Kt m
据此计算蒸发器传热面积S。其中Δtm 、K 、 Q计算如下: （一）蒸发器的热负荷Q
蒸发器的热负荷Q可以根据加热室的热量衡算求得。如果
忽略加热室的热损失，则Q即为加热蒸汽冷凝放出的热量： Q=D（H-hC）=Dr
三、 蒸发器的传热面积
(二)传热系数K
1.传热系数原则上可按下式计算:
二、 加热蒸汽的消耗量
讨论
１.加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排出 则H-hc为冷凝潜热r(kJ/kg)
D WH '( F W )h1 Fh0 QL H hc
D
WH ' ( F W )h1 Fh0 QL r
二、 加热蒸汽的消耗量
２.溶液的稀释热可以忽略
当溶液的稀释热不大，可以忽略不计时，溶液的焓值可用比热计算。
职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库《化工单元操作》课程
项目九
蒸发及设备操作
任务二、蒸发过程工艺参数的确定 ---蒸发工艺计算
大庆职业学院
工艺参数
单位时间内水分蒸发量W(kg/h)和完成液浓度—物料衡算方程 加热蒸汽用量D(kg/h)—热量衡算方程 蒸发器的传热面积S(m2)—传热速率方程
一、水分蒸发量的计算
若溶液为沸点进料 (tl=t0) ，忽略蒸发器热损失
蒸发工艺用循环泵的水力及结构设计研究
经计算可得到叶轮直径 ，圆整后直径取 ８０ｍ 。 ０ ｍ
３ 叶栅稠密度 ｚ 的计算 ． ４ ／ ｔ
是轴 流 泵 叶 轮 的重 要 几 何 参 数 ，它直 接 影 响泵 的效率 ，也 是决定 汽蚀 性能 的重要参 数 。减小
４ 轴流泵叶轮叶片的改进升力法
小 番柱 采
２１年第 １ ００ 期
日 广 理论扬程 （ ） ｒ Ｉｈ ｍ ，Ｈ＝ ｒ ＨＩ 代人数值计算得 ： ４ ｓ ．ｒ ２ｉ ｄ ３ 叶片数的确定 ． ６ 按照此 比转数 ｎ，叶片数通常选取为 ４ 。 片。
３７ 叶片厚 度的计 算 ．
从水力性能上讲 ，减小轮毂比 ，可减小水力
２１年第 １ ００ 期
小 番 柱 采
・ ７ １・
蒸发工艺用循环泵的水力及结构设计研究
能源与环境学院，成都；６０ ３ １０ ９）
摘要 ：根据 四川久大集 团制盐 系统工程 的需要 ， 对所需 Ｘ Ｚ ０ 型循环轴流泵 的性能参数和要求 进行了详 细分 析与 Ｈ ８０ 研究 ， 完成 了对该循 环轴 流泵 的水力设计和结构设计 ，绘出了叶轮的水力设计图 、木模图 、总装结构 图和安装 布置图 ， 编 写了泵故障原 因分析及处 理措施表。在叶轮叶片的设计 中 ，对传 统的升力法做 了改进 ，得到 了一种改进升力法模 型 ，
式中 ——速度系数
“＝ ２ ｗＤ／ ２
［ ——不锈钢许用应力 ］
［２ ｃ ］—— 所用材 料 的许 用应力 ｒ 从轮缘到轮毂其厚度可按直线规律变化。轮毂 处 ６ ２ ｍ，轮缘 处 ＝ Ｏｍ ５＝ ０ｍ １ ｍ。
角速度 （ ｄ ） ｔ ２ ｎ ０ ｒ ／ ；ｏ ７ ／ ａｓ ＝ ｒ６
式中
凡 — 转速 ，ｒ ｎ — ／ ｍｉ ｐ — 流量 ，ｍ／ — ３ ｓ
自然循环蒸发器内流动和传热的数值模拟研究
自然循环蒸发器内流动和传热的数值模拟研究
自然循环蒸发器是一种常用于工业蒸发过程中的传热设备，其内部流动和传热的研究对于提高蒸发效果具有重要意义。
为了进行该研究，可以采用数值模拟的方法进行分析和预测。
首先，需要建立蒸发器的数学模型。
该模型应包括蒸发器内部流场和传热过程的方程，如动量方程、能量方程等。
同时，还需考虑物理特性参数，如流体的密度、粘度、热导率等。
根据蒸发器的具体结构和工况，可以采用不同的模型和假设，如二维或三维模型，定常或非定常模型等。
其次，需要选择适当的数值方法进行求解。
常用的数值方法包括有限差分法、有限体积法和有限元法等。
这些方法可以将蒸发器内部的连续方程转化为离散的代数方程，并通过迭代求解来得到流场和温度场的数值解。
在模拟过程中，还需要考虑边界条件和初始条件的设定。
边界条件包括流体的进出口条件和壁面的热边界条件，初始条件则可以根据实际情况来设置。
最后，通过数值模拟可以得到蒸发器内部的流动和传热分布情况。
通过分析结果，可以评估蒸发器的性能并优化设计。
同时，还可以预测蒸发器在不同工况下的工作特性，为实际应用提供参考。
总之，数值模拟是研究自然循环蒸发器内流动和传热的一种有效手段。
通过建立数学模型、选择数值方法、设定边界条件和
初始条件，可以对蒸发器的工作性能进行预测和分析，提高蒸发效果，并为蒸发器的优化设计提供指导。
具有自然循环流动的高效蒸发器[实用新型专利]
![具有自然循环流动的高效蒸发器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/f28c3a66cc22bcd127ff0c4a.png)
专利名称：具有自然循环流动的高效蒸发器专利类型：实用新型专利
发明人：张结喜,董维佳
申请号：CN201420503962.4
申请日：20140902
公开号：CN204007229U
公开日：
20141210
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种具有自然循环流动的高效蒸发器，它包括壳体（1）、换热管束（2）、汽包（3）和管板（4），换热管束（2）的两端通过管板（2）定位在壳体（1）中，汽包（3）安装在壳体（1）的上部，壳体（1）的下部或侧面设有冷流体进口，热流体从壳体的一端经管板流入换热管束，再从换热管束流入壳体另一端的管板后流出壳体外，其特征是所述的壳体（1）的下部安装有辅助加热装置（5），辅助加热装置（5）的进口端通过下降管（6）与壳体内部储液区相连通，辅助加热装置（5）的出口端与壳体（1）内部相连通。
本实用新型结构简单，制造方便，能提高换热效率30%以上。
申请人：南京国昌化工科技有限公司
地址：210044 江苏省南京市六合区南京沿江工业开发区宁六路355号
国籍：CN
代理机构：南京天华专利代理有限责任公司
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第26卷第3期2004年9月 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报Natur al Science Journal of Xiangtan U niversityVol.26No.3Sept.2004蒸发器自然循环推动力计算理论研究俞秀民, 俞天兰, 彭德其, 蒋少青, 刘桂英(株州工学院帅科机械清洗研究所,湖南株州412008)[摘要] 在关系复杂的诸多影响因素中,提出动力温度 t0概念,并且以此作为计算基本参数建立起绝热、平衡、线性汽化过程的推动力理论计算式.在深入分析沸腾室内实际汽化过程的不平衡、非线性和出口动能损失等影响后提出了有效推动力的计算式.该计算式物理概念明晰,可以指导蒸发器结构的合理设计.在此基础上,提出将各种影响系数和有关物性参数一并考虑的综合影响系数K的工程计算式,既便于试验研究,又便于工程设计.关 键 词:计算;自然循环推动力;蒸发器;不平衡;动能损失中图分类号:T Q051.5 文献标识码:A 文章编号:10005900(2004)03009904S tudy of the Calculation Theory of the Driving Powerof Natural Circulation of EvaporatorsY U Xiu min, Y U T ian lan, PEN G De qi, JI A N G Shao qing, LI U Gui y in(M echanical Clean Insti tute,Zhuzhou Insti tute of T echnology,Zhuzhou,412008China)Abstract T here have been no calculation methods of the driving force of natur al cycle for evapor ators design.T he concept of pow er temperatur e is proposed from many factors of complex interr elatio nship and the theoreticalcalculating formula of t he driving force is established based on that basic par ameter fo r the adiabatic,equilibriumand linear vapor izing process.T he correction calculating formula of t he effective dr iving force is g ot after deeplyanalyzing the effect of disequilibr ia,nonlinear and kinetic energy loss in actual v aporizing pro cess of the boilingchamber.T his formula of clear physics concept can lead to the ev aporator desig n of reasonable structure.On thisbase,t he engineering calculating formula is given w ith the comprehensive effect coefficient K,which makes bothex perimental r esearch and engineer ing design convenient.K considers a ser ies of effect coefficients and r elativeparameters.Key words: Calculation;driv ing force of natural circulation;ev aporator;disequilibria process;kinetic energyloss蒸发器是高能耗设备,也是制糖、制盐等工业生产的关键性工艺设备.为了减缓结垢和提高效率采用的强制循环泵消耗大量的能耗.例如,制盐蒸发器的ACP11-900型循环泵160kW[1],一套蒸发装置每年的电费就高达两百多万元.因此,自然循环蒸发器推动力问题的研究对于节能具有重要意义.对自然循环蒸发器推动力影响因素相当多,有蒸发器的结构因素、母液的物性参数、有例如蒸发压力的运行参数等等,相互影响关系非常复杂,试验研究又很费钱,至今尚无计算方法,甚至参考文献也非常少.前苏联的学者[2]在直径200mm的沸腾管中进行了大量的实验测定,在常压与真空条件下,液体名义速度v1:0.2~0.6m/s、蒸汽名义速度v2:=2~23m/s的范围,整理出一个包含重度 和速度v 的蒸汽体积比的无因次关联式=0.77[(v2 )2/(v2 )1]0.22,反映了蒸汽泡浮升的影响.通过间隙式结晶罐的半工业规模试验研究,找出了影响循环速度的关系式W0=K(f升/f降)!tCB-n.exp{-b[KP/(1-K P)]2},循环速度不仅与液层的高度有关,还与在间歇式结晶灌内煮糖时糖膏物理性质的连续变化有关,只有在与实验条件近似时才有效.因此,这些文献既不能用于设计计算推动力的大小,而且由于包含的物理意义不明确,也就不能定性货半定量地用来指导蒸发器的结构设计与开发.为此,本收稿日期:20031210基金项目:湖南自然科学基金资助项目(02JJY2070)作者简介:俞秀民(1943shuaike zz@hotmai 文专题研究自然循环蒸发器推动力的计算问题,提出新的概念、理论和方法.2 推动力静压差模型蒸发器自然循环推动力的产生原理见图1,主要是由于沸腾室内汽化后汽液固三相混合物的密度显著的低于连通的循环流路内的液固两相混合物的密度,由此产生的静压差.在母液中的固相虽然可以高达10%以上,但是以微晶细晶状态均匀地分散在溶液中,以流动性为前提的静压差计算式对于液固两相混合物显然与单相液体、不同密度的液体静压差一样适用.虽然蒸汽泡既不像微晶细晶那样均匀地分布在溶液中,单个的蒸汽泡也可以比晶体大得非常多.但是蒸汽泡是流动性比溶液更好的流体,那么作为汽液固三相混合物的静压差计算更是可与单相液体、不同密度的液体静压差一样[3].因此,以液柱高度表示的、由静压差产生的自然循环推动力理论计算式可以表示为H *=!h 0V(h)d h 式中的V 、h 、h 0分别为沸腾室的母液密度、汽泡所占的体积比率、液下深度、母液开始汽化的深度.3 求解的方法转换积分计算似乎简单,实际上要得到直接描述汽泡率分布函数V (h)是极其困难的.为了破解这一难题,作者先进行如下转换.对(1)式的左右两边同乘以沸腾室的截面积S ,积分结果的物理意义就是沸腾室的蒸汽泡总体积.(5)式的H 0就是表示沸腾室的蒸汽泡总体积的平均高度.这样一来就可以把推动力求解问题转换成沸腾室蒸汽泡总体积或其平均高度的问题.4 动力温度 t 0无论决定沸腾室内蒸汽泡总体积大小的汽泡所占的体积比率V (h )函数,还是积分限的开始汽化的深度h 0,在理论上均由循环母液经过加热室后提高的温度 t 0决定.选择 t 0作为切入点不仅能够突100 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报 2004年破数学上的困难,而且可以通过传热学基本方程直接与加热室的设计计算紧密联系.并且,从物理概念的本质上分析,自然循环的能源就是从加热室提高温度 t 0得到的显热,蒸发过程的推动力也是 t 0.因此,作者将 t 0定义为动力温度.5 绝热平衡线性汽化过程计算式进一步的分析表明,无论汽泡所占的体积比率V (h )、还是开始汽化的深度h 0,均不是动力温度 t 0的单值函数,还与图2所示的沸腾室内具体的汽化过程相关.为使(1)式的积分结果有确定的解,并且考虑积分计算的简化,假定沸腾室内的汽化是图2曲线a 所示的一个绝热平衡的线性过程.假定过程的绝热性是为了便于利用 t 下降的显热与汽化的潜热的能量转化关系给出v (h )函数.而且由于蒸发器的保温隔热好,在沸腾室向外界散热的损失相对于母液从加热室得到的热量是很微小的,实际汽化过程本身就是非常接近绝热蒸发过程的.假定汽化过程的平衡性,就意味着开始汽化的理论深度h *0完全是由蒸发母液的饱和蒸汽压p t 决定的.由于沸腾室内汽化后不同深度处的密度变化函数尚未探索清楚,并且不同过程的密度函数没有通式;还由于沸腾室内汽化以后体积膨胀加速流动的反作用力,计算任意深度处压力就进一步复杂化了,也至今尚无算式.因此,从计算模型简化考虑,采用母液的饱和蒸汽压与母液重度比值的名义深度替代.即h 0=p t /(∀g )(2)假定汽化过程的平衡性,就意味着在沸腾室的的出口处的动力温度 t 0显热全部转化为汽化潜热,可以通过热量衡算的办法求得沸腾室出口处的汽泡所占的体积比率值为V (0)=22.4∀∀c t 0 ∀m P 0T 1P 1T 0/22.4∀∀c t 0 ∀m P 0T 1P 1T 0+1(3)式中的∀、c 、 、m 为蒸发母液的密度和比热、溶剂的汽化热和分子量,P 0、T 0和P 1、T 1分别代表溶剂蒸汽标准状态和出口处状态的温度与压力.假定汽化过程是线性,可以使沸腾室任意深度处的函数V (h )线性化,则沸腾段的平均汽泡率V(h 0/2)=11.2∀∀c t 0 ∀m P 0T1P 1T 0/22.4∀∀c t 0 ∀m P 0T 1P 1T 0+1(4) 于是得到绝热、平衡、线性汽化过程的自然循环推动力值H 0的计算式[3]为H 0=11.2h 0∀∀c t 0 ∀m P 0T 1P 1T 0/22.4∀∀c t 0 ∀m P 0T 1P 1T 0+1(5)6 不平衡非线性过程影响沸腾室内的绝热、平衡、线性蒸发汽化过程的动力温度和汽泡率均为如图2的31直线.由于母液以一定的速度通过沸腾室,实际停留的时间较短,还有溶液沸点上升等原因,实际过程不可能是平衡的,可以用图2的2-8曲线表示.主要的不同处是三点:开始汽化的深度是动力温度开始下降的点4对应的h ,比平衡过程点3对应的h 0要小;使得任意深度处的动力温度下降量和汽泡率比平衡过程时的低.两曲线之间的面积愈大,不平衡非线性过程使推动力减少的影响就愈大.为此,在实际不平衡非线性过程的推动力计算修正模型中,设置三个概念对应的系数来考虑其影响:K 1-汽化温度的平衡度影响系数,为图2所示的动力温度比值( t b / t a ),其值不是一个常数,以出口处的比值为定义值,作者在常压蒸发的试验中测量得到的数据在0.75~0.85的范围;K 2-汽化深度不平衡影响系数,其值为图2曲线中点3和点4对应的汽化深度比值(h #/h 0),作者在常压蒸发的试验中测量得到的数据在0.70~0.90的范围;K 3-过程非线性影响系数,其值为图2中的2-8-9曲线三角形与2-8-9H 1(6)101第3期 俞秀民等 蒸发器自然循环推动力计算理论研究7 有效推动力的计算式表1 不同条件下的沸腾室出口损失值(P a )蒸发压力/M Pa 0.300.100.03沸腾室内纯液相的母液流速/m ∀s -10.253733714900.501471350速度不可能0.755885400速度不可能循环液汽化后体积急剧高倍膨胀,沸腾室出口的汽液混合物速度远比母液进入沸腾室时高得多,汽液混合物在沸腾室内加速转变成动能,使能够提供给自然循环流路(不包括沸腾室)的有效推动力就会明显减少,其影响电池的内电阻一样.以加热室提高4∃的母液汽化平衡度0.8为例,沸腾室出口动能损失值计算结果如表1所示.可见不能忽视,与常压蒸发试验测量的10%左右比较一致.这一影响可以用有效系数K 4表示,其大小随蒸发压力的降低、动力温度的增大和循环流速的提高而增大.考虑出口动能损失影响后的自然循环有效推动力H 2的计算模型为H 2=11.2K 1K 2K 3K 4H 0∀∀c t 0 ∀m P 0T 1P 1T 0/22.4∀∀c t 0 ∀m P 0T 1P 1T 0+1(7)式中的K 1,K 2,K 3可以通过沸腾式室内的温度场试验测定结果再进行计算处理得到.但是,直接测定K 4则需要精确测量沸腾室出口处汽液混合物三相混合物的流速,比较困难.K 4虽然可以通过测得的循环流速u 和动力温度等间接测量计算得到,但是误差大.因此,直接用计算式(7)来计算还有困难,但是可以利用(7)式明晰的物理概念来指导蒸发器结构的合理设计.例如,沸腾室必须有足够的深度和仅可能大的截面,以提高汽化过程的平衡程度;出口部结构设计成渐扩形有利于减少出口动能损失;采用高效传热技术的加热室增大动力量温度,有效地提高自然循环的推动力.8 有效推动力的工程计算方法在蒸发器结构设计合理的前提下,如沸腾室有足够的深度等等,影响系数K 1、K 2、K 3、K 4都只是与u 、p 、 t 0相关.注意到蒸发母液的溶剂绝大多数是水,在不同蒸发压力下(7)式中的物性参数的计算结果为一定值.因此,拟将计算式(7)中的影响系数K 1、K 2、K 3、K 4全部合并为一个综合影响系数K 值,就可以得到不同蒸发压力下的自然循环实际有效推动力H (p )的工程计算式H (p )=K ( t 0,u )∀h(8a )K ( t 0,u)=H (p )/H 0(8b )该式的综合影响系数K 值的试验测定在技术不困难.工程实际中蒸发压力p 主要是加压蒸发(0.3M Pa 左右)、常压蒸发(0.15M Pa 左右)、真空蒸发(0.35M Pa 左右)三种压力; t 0的范围在3~8∃之间;自然循环流速u 在1.0~0.3m /s 范围内,因此( t 0,P ,u )的参数组合不是太多,试验测定的工作量就不是非常大.蒸发母液在不同( t 0,P )条件下的h 0计算,比其综合影响系数K 值的试验测定简单得多,不同( ,P)参数组合也少得多.将试验测定的综合影响系数K 值和理论计算的h 0值整理成不同蒸发压力下的数表或曲线,(8a )式设计计算不仅非常方便,而且其结果也相当可靠.9 结 论a.在影响蒸发器自然循环推动力的诸多因素及其复杂的相互关系中,提出采用过热动力温度 t 0概念为推动力计算的基本参数,不仅物理概念是合理的,而且可以通过传热学将蒸发器的热工计算直接衔接起来.b.以绝热、平衡、线性汽化过程建立推动力计算的理论模型,得到的推动力的理论计算式不复杂.c.沸腾室的出口动能损失的理论计算和试验测量表明,出口动能损失对推动力值不能忽略,其幅度可以达到10%以上.d.考虑实际不平衡、非线性汽化过程和出口动能损失影响建立的有效推动力计算式,物理概念明确,对蒸发器结构的合理设计有直接的指导意义.(下转第119面)102 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报 2004年滑性能,而当不锈钢拉深变形量较大时,将使变形温度升高,这时极压剂成分(氯化石蜡)和固体润滑剂(二硫化钼)可为润滑作出贡献.从而保证了整个深冲过程中2#润滑剂具有优越的润滑性能.通过工厂实际使用,反映效果良好.在使用2#润滑剂后,比用原来所使用的润滑油拉深304不锈钢零件时成品率要高出很多.如图3所示即为拉深成功的304奥氏体不锈钢零件.4 结论本文配制的2#润滑剂(工业白油(15号)40%+氯化石蜡油50%+硬脂酸10%+二硫化钼粉末+其他少量添加物)因为粘度较高、配方合理,从而具有优良的润滑性能,是一种较理想的304304奥氏体不锈钢深冲润滑油.参 考 文 献[1] (美)唐纳德.不锈钢手册,顾守仁等译[M ].北京:机械出版社.1987.Donald.Stainles s Steel M anual,S houren Gu translati on[M ].Beiji ng:M echanical Publishing House.1987.[2] Peter Filip.On friction layer formation in pol ymer matri x composite materials for brake applications[J].February,2002,252(3-4):189~198.[3] 韦利行,华志宏.不锈钢冲压油的研制[J].石油商技,1999,17(2):18.Lixing Wei,Zhihong Hua.Studying of stainless s teel punching oil[J].Oil Commerce Technology.1999,17(2):18.[4] 周耀华,张广林.金属加工润滑剂[M ].北京:中国石化出版社.1998.Yaohua Zhou,Guanglin Zhang.M etalw orking fl uids[M ].Beijing:Chinese Petrol Chemical Publishing House.1998.[5] T ung-sheng Yang.Full film lubrication of deep draw ing[J ].Tibology Internat-ional.1999,32:95.[6] 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