水平管降膜式蒸发器管间流动模式的研究
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。
水平管降膜蒸发传热的实验研究进展
水平管降膜蒸发传热的实验研究进展路慧霞*马晓建(郑州大学)摘 要 介绍了水平管降膜蒸发的原理、特点及管束间液膜的流动形态,总结水平管降膜蒸发在实验条件不同时对传热性能影响的研究情况,并提出了进一步研究的方向。
关键词 水平管降膜蒸发器 薄膜蒸发 传热中图分类号 TQ 051 6+2 文献标识码 A 文章编号 0254 6094(2008)02 0114 05蒸发是工业上常见的单元操作过程,提高蒸发器的传热和蒸发效率对于减少设备投资和节能降耗都有重要意义。
水平管降膜蒸发器是一种高效节能换热设备,与其他类型的蒸发器相比有明显的优势。
水平管降膜蒸发技术属薄膜蒸发,由于其传热壁面两侧均有相变产生,且蒸发侧的液膜波动,因而有高的传热系数和热流密度,低的传热温差,尤其低温传热性能优良,适用于低温余热的回收,这点已被国内外学者所证实[1]。
因此,水平管外喷淋式降膜蒸发器以其独特的优点已广泛应用在废液处理、产品浓缩以及副产品回收等过程。
水平管降膜蒸发器作为一种高效节能换热设备,影响其换热效果的因素很多,众多研究者对此进行了大量的研究工作,但由于气液界面存在的波动引起水平管降膜蒸发传热的复杂性,使研究的结果有所不同。
1 水平管降膜蒸发的原理水平管降膜蒸发是溶液在重力、离心力及界面剪力的作用下,由一个水平管向下滴落到与其串联的另一个水平管上,沿加热管外壁呈膜状向下流动,并依靠管内介质的加热而不断蒸发产生二次蒸汽的过程,并在加热管外形成气液两相共存的流动状态。
该过程属于溶液中的水分由液相向气相转移的热质传递,其热传递主要依赖导热和对流换热,质传递主要依赖分子扩散和对流扩散[2]。
2 水平管束间液膜的流动形态水平管束间液膜的流动形态如图1所示,主要有滴状流、柱状流和片状流3种主要流态,另有少量的滴 柱状流和柱 片状流两种过渡流态。
管间流动形式与料液的流率、管间距及料液的性质有关。
一般当料液流率相对较低时,液体以滴状形式下落;而在流率相对较高的情况下,液体则以柱状形式下落;当液体流率更高时,液体则会以片状形式下落[3]。
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]。
水平管外降膜蒸发传热实验研究
第36卷第8期2015年8月太阳能学报ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICAVol.36,No.8Aug.,2015收稿日期：2013-06-23基金项目：国家自然科学基金重点项目（51336001）通信作者：沈胜强（1961—），男，博士、教授，主要从事海水淡化、传热传质、节能与新能源等方面的研究。
zzbshen@.文章编号：0254-0096（2015）08-1996-06水平管外降膜蒸发传热实验研究陈学，刘晓华，沈胜强，牟兴森（大连理工大学，辽宁省海水淡化重点实验室，大连116024）摘要：以水为工质，对直径为19mm 的铝黄铜管外降膜蒸发传热过程进行实验研究。
实验通过测量管表面和饱和蒸气温度，计算得到平均和局部传热系数。
由实验数据分析喷淋密度、蒸发温度、热流密度、管间距等参数对管外平均传热系数的影响，并与直径25.4mm 铝黄铜管降膜蒸发传热系数进行比较，讨论局部传热系数随周向角度的变化。
结果表明，在实验范围内，管外平均传热系数随温度的升高而增大，随喷淋密度的增大先增大，后略微下降。
小管径管的降膜蒸发传热系数大于大管径管的传热系数。
关键词：海水淡化；水平管；多效蒸发；降膜蒸发；传热系数中图分类号：TK124文献标识码：A0引言水平管降膜蒸发技术作为一种高效的传热手段被广泛应用于海水淡化、化学工程、石油工业、制冷工业、食品加工等方面。
在水平管降膜蒸发中，气液容易迅速分离，传热温差小，因而比竖管降膜与浸没管蒸发具有更好的传热效果。
而且在作为热法海水淡化主要技术的多效蒸发（multi -effect distillation ，MED ）设备中，操作温度一般低于70℃，水平管降膜蒸发展现出良好的综合特性［1］。
在水平管降膜蒸发传热领域，针对不同的设备和工质，国内外学者做了很多研究工作，但结论不尽相同。
G.Ribatski 等［2］对2004年前的水平管降膜蒸发研究做了系统总结。
降膜蒸发的研究情况
降膜蒸发的研究情况降膜蒸发是液体在重力和界面剪切力作用下，呈膜状向下流动被加热蒸发的过程。
降膜蒸发器主要有三类：水平管式降膜蒸发器、竖直管式降膜蒸发器和板式降膜蒸发器。
水平管降膜蒸发器中，液体经过分布器在水平管束外面形成液膜，在重力作用下向下流动。
竖直管降膜蒸发器中，液体从顶部进入，在液体分布器作用下在管内形成液膜，在重力的作用下沿管内壁呈膜状向下流动。
板式降膜蒸发器是在重力作用下，液体在加热板壁面上形成薄膜向下流动。
近年来，因为能源危机和环境问题，对于耗能设备的要求越来越高，开发高效蒸发设备对工业来说有重要意义。
降膜蒸发具有物料与加热面接触时间短、热通量高、压降小、静压头低和持液量低等优点，在较低的流率、较低蒸发温度下就有比较高的传热系数，因此在化工、医药、食品、冶金、轻工及海水淡化等工业生产中得到了广泛应用。
降膜蒸发中，下降液体在壁面铺展形成液膜，既增大了气液接触面积又降低了通过液膜的热力学阻力，同时也降低了蒸汽流经液膜表面的流动阻力。
降膜流动由于广泛应用于工业传热和传质过程中，引起了研究者大量的关注。
对于降膜蒸发的研究最早开始于Nesselt，随后很多研究者进行了实验和理论研究，试图给出降膜蒸发的传热关联式、传热传质的影响因素。
但是因为降膜蒸发中蒸发和沸腾的同时存在，很难分出各自单独的影响，而且由于实验过程中的模型及参数简化等因素，这些研究能够为工业应用提供的指导意义有限，还需要深入研究。
对于降膜传热过程，很多研究者根据实验提出了不同条件下的关系式。
Chun 和Seban对垂直管外降水膜的传热性能进行了详细的研究，通过测定壁温、饱和蒸汽压确定传热系数，得到实验关联式。
但是他们没有考虑二次蒸汽的影响，尽管如此，很多研究者验证模拟结果时都是依据Chun和Seban得到的关联式。
赵起、邓鸿在接近工业应用的条件下，考虑了二次蒸汽的影响并进行实验，得到了相关实验关联式。
T.A. Adib等用中试规模降膜蒸发器，研究沸腾传热系数以及相关过程参数的变化规律,简化处理了传热系数的影响因素，结果发现纯水的变化规律与非泡核沸腾和湍流形态的数据一致，糖水溶液的传热与降膜蒸发器的整个传热系数的方程式有相同的变化趋势。
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
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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
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水平管降膜式蒸发器管间流动模式的研究Ξ费继友1),2) 李连生1) 1)(西安交通大学) 2)(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,在分析设计水平管降膜式蒸发器时,需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。
关键词 降膜蒸式发器 流动模式 膜雷诺系数Investigation on intervascular flow patterns of horizontal tubefalling f ilm evaporatorFei Jiyou1),2) Li Liansheng1) 1)(Xi’an Jiaotong University) 2)(Dalian Jiaotong University)ABSTRACT Introduces the falling film evaporator used in the air2conditioning and refrigeration fields.The flow patterns of the refrigerants flow outside the horizontal plain tubes should been considered when analyzes and designs the horizontal tube falling film evaporators.Presents the key factors that have effects on the flow patterns of the refrigerants outside the horizontal plain tubes.KE Y WOR DS falling film evaporator;flow modes;film Reynolds number 降膜式蒸发器技术诞生于1848年,在1888年申请了专利[1]。
由于第二次能源危机的爆发,20世纪80年代初期这项技术引起了人们的关注。
其用途主要集中于降膜蒸发在海洋热能转换系统(O TEC)和溴化锂机组的应用上,并且都使用水或者氨水作为工质。
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个领域。
目前只有美国特灵空调公司组织专门的课题组进行这方面的研究。
笔者针对在空调工况下,设计水平管降膜式蒸发器时必须解决的制冷剂在蒸发管上流动模式进行了探讨。
1 水平管降膜式蒸发器的原理图1所示为降膜式蒸发器的原理图。
降膜式蒸发器由布液器、蒸发管、泵和排气通道组成。
流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,在蒸发管上形成一层薄膜和流经管内的冷媒水进行热交换,制冷剂在一定的蒸发温度下蒸发,未蒸发的制冷剂和油沉积在蒸发器的底部,由泵输送到压缩机的回油口,蒸发的制冷剂由蒸汽通道经出气管道回到压缩机的吸气端,完成一个制冷循环。
图1 降膜式蒸发器原理图第6卷 第4期 2006年8月 制冷与空调 REFRIGERA TION AND AIR-CONDITION IN G1022104Ξ收稿日期:2006207210 通讯作者:费继友,Email:fjy@2 制冷剂在蒸发管外的流动模式布液器均匀地将制冷剂布液到蒸发管上时,由于瞬时流量的变化从而形成了图2的流动模式。
从图中可以看出制冷剂在传热管上的流动模式分为五种流动模式。
图2 流动模式转换图 1)滴状:蒸发管之间的液体只以明显的滴状形式流动。
如图2中(a )的情形。
2)滴2柱状:当蒸发管之间除了降落的液滴外至少有一个稳定的柱体时,属于这种过渡模式。
柱体可以使蒸发管之间连续起来。
柱体可以沿着蒸发管水平移动,但必须是连续的才为柱体。
3)柱状:这种模式即蒸发管之间液体只有柱状流动。
瞬时流量较低时相邻两管的柱体趋向一条直线,瞬时流量较高时相互交错。
如图2中(b )的情形。
4)柱2膜状:在这个过渡模式中,在蒸发管的不同位置同时存在柱体和液体膜。
至少有一个明显的小液膜才可达到。
小液膜是由两个相邻的柱体结合形成的,其侧面为三角形。
5)膜状:这个模式指蒸发管之间的流体一律是连续的膜。
如图2中(c )的情况。
滴状模式过渡到膜状模式的过程中质量流速递增。
通过提高或降低流速观察这个转变过程时通常会有一些滞后现象。
3 流动模式的过渡转换准则Honda[2],Hu 和Jacobi[3]从制冷剂的种类、蒸发管管径、蒸发管的管心距、制冷剂的流速以及有无顺流气体各方面做了广泛的研究,并通过试验和观察,建立了一个以Reynolds 数和G alileo 数为坐标的流动模式Re Γ2Ga L 图。
柱2膜状和滴2柱状的混合区域是三种主要模式:膜状、柱状和滴状的过渡区域,这五种模式之间过渡的准则可以用式(1)～(4)Reynolds 数和G alileo 数描述。
滴状和滴2柱状:Re Γ=0.074Ga 0.302L (1)滴2柱状和柱状模式:Re Γ=0.096Ga 0.301L (2)柱状和柱2膜状模式:Re Γ=1.414Ga 0.233L(3)柱2膜状和膜状模式:Re Γ=1.448Ga 0.236L(4)修正的G alileo 数定义为:Ga L =ρL σ3μ4L g(5)在这些转化方程中的蒸发管外膜的Reynolds数Re Γ定义为:Re Γ=4ΓL μL。
(6)ΓL 是单位管长一侧液体质量流量,因此两侧总流速为2ΓL 。
图3所示蒸发管直径为19.05mm 光滑管束,流动介质为水的Re Γ2Ga L 流动模式图[4]。
图3 Reynolds 数和G alileo 数为坐标的光滑管流动模式4 管间液膜流动模型在图2中λT 表示管间液膜流动泰勒不稳定波长,在流过水平蒸发管道底部流体液膜中蒸汽和液体的相互作用,以及在光滑水平蒸发管中由于交叉流动而引起的流体诱导作用,λT 是对液膜流动由一个蒸发管排到另一个蒸发管排的圆柱模型的过渡的一个标准,则泰勒不稳定波长为λT [5]:λT =2π(n σg ρL )1/2(7) 在这个表达式中当n =3时,流体液膜相对比较厚(厚液膜泰勒波长);当n =2时,流体液膜相对比较薄(薄液膜泰勒波长)。
图2中由(a )所示滴状模式到(b )所示圆柱模・301・ 第4期 费继友等:水平管降膜式蒸发器管间流动模式的研究 式过渡时,发生转化点为等于单位管长液膜质量流量流速ΓL ,trans 处,即:ΓL ,trans=(0.81πρL d 3p 6λT )(2πσρL λ3T)1/2(8)d p 为液滴的直径且d p =3(σg ρL)1/2。
当蒸发管上液体流动为层流液膜时,局部努塞尔数为[6]:N u Γ,lam =2.2(H D)0.1Re 1/3Γ(9) 当蒸发管上液体流动为紊流液膜时,局部努塞尔数为[6]:N u Γ,turb =0.185(H D)0.1Re 1/3Γ(10) 在式(9)和式(10)中H 为布液器底部到最顶层水平蒸发管的高度;D 为蒸发管的直径。
图2中由(a )所示滴状模式到(b )所示圆柱模式过渡用Re Γ和Pr L 拟和经验公式表示为:Re Γ,trans =1680Pr 0.5L(11)式中Re Γ由式(6)给出。
5 结 论1)由式(1)～(4)和式(6)～(7)可知流动模式受单位管长的流动速率ΓL 的影响,随着流速的递增,流动模式将由滴状模式过渡到膜状模式。
2)不同的介质泰勒不稳定波长λT 值是不一样的,但是,无论应用哪种制冷剂都有一个临界泰勒不稳定波长λT ,超过此值的范围时流动模式将发生转化。
3)在一定的流动速率ΓL 下,随着布液器底部与第一排水平蒸发管之间的距离H 的加大,增加了液体在蒸发管上的冲击速率,改变了流动模式。
4)在一定的流动速率ΓL 下,随着蒸发管直径D 的增加,流动模式将由膜状向滴状过渡变化;随着蒸发管直径D 的减小,流动模式将由滴状向膜状过渡变化。
符号说明:Re Γ———液体膜雷诺系数σ———表面张力(N/m )Pr L ———液体普朗特数ρ———含油制冷剂液体密 度(kg/m 3)Ga L ———液体伽利略系数H ———布液器底部到蒸 发管上层的距离(m )N u ———局部努塞尔数λT ———泰勒不稳定波长 (m )d p ———液滴直径(m )ΓL ———蒸发管单位长度 质量流速(kg/(m ・s ))g ———重力加速度(m/s 2)D ———蒸发管的直径(m )μL ———液体动力粘度 (Nb/m 2)下标:L ———液体trans ———流动模式转换lam ———液体膜层流流动turb ———液体膜紊流流动参考文献[1] Gherhardt Ribatski ,Anthony M Jacobi.Falling 2film evaporation on horizontal tubes a critical review.International Journal ofRefrigeration ,2005,28:6352653.[2] Honda H ,Nozu S ,Takeda Y.Flow Characteristics of Condensation on a Vertical Column of Horizontal Tubes ∥Proc.1987ASME 2J SME Thermal Engineering Joint Conference ,Honolulu ,Vol.1,pp.5172524.[3] Hu X ,Jacobi A M.The Intertube Falling Film :Part 12Flow Characteristics ,Mode Transitions ,and H ysteresis.HeatTransfer ,1996,118:6162625.[4] Roques J F ,Dupont V ,Thome J R.Falling Film Transitions on Plain and Enhanced Tubes.Heat Transfer ,2002,124:4912499.[5] Yung D ,Lorenz J J ,G anic E N.Va por/Liquid Interaction and Entrainment in Falling Film Evaporation.Heat Transfer ,1980,102(1):20225.[6] Owens W L.Correlation of Thin Film Eva poration Heat Transfer Coefficients for Horizontal Tubes.1978ASME Pa per 782WA/HI 267.・401・ 制 冷 与 空 调 第6卷 。