板式蒸发式冷凝器传热传质的数值模拟

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大尺寸平板上降膜蒸发传热的数值模拟

第39卷第1期核科学与工程Vol.39 No.1 2019年2月Nuclear Science and Engineering Feb.2019大尺寸平板上降膜蒸发传热的数值模拟杨小杰，胡珀（上海交通大学，上海200240）摘要：第三代先进压水堆中非能动安全壳冷却系统对于保护核电站安全具有关键作用，因此进行降膜换热机理研究具有重要意义。

前人对于降膜蒸发的试验研究很多，但鲜见平板降膜蒸发的数值模拟。

现有模拟方案由于计算量的限制，局限于二维模型或小尺寸的三维模型，且只分析了蒸发过程中的温度变化等。

提出采用CFD软件Fluent中的Eulerian wall film模型与Mixture Species Transport 模型耦合的方案对水膜试验台架全尺寸三维模型（板长：5 m，板宽：1.2 m）下的降膜蒸发和传热传质现象进行了数值模拟，通过对比试验与模拟结果，确定了EWF模型中蒸发常数的正确设置，且蒸发率、换热量以及舍伍德数吻合较好，最大偏差小于20%，验证了建立的数值模拟方案的正确性。

在此基础上，进一步数值分析了水膜蒸发换热的影响因素，其中：入口水流量、入口风温、入口水温和平板倾角对总换热量影响很小，可以忽略；入口风速是影响总换热的重要因素，入口风速越大，总换热量越大。

以上结论均是在保证水膜全覆盖板面的条件下得到的。

为接下来的PCCS 全尺寸模型的计算提供了理论依据。

关键字：大尺寸平板；EWF模型；降膜蒸发中图分类号：TL48 文献标志码：A 文章编号：0258-0918（2019）01-0051-10Numerical Simulation of Water Film EvaporationHeat Transfer in Large Flat PlateYANG Xiaojie，HU Po（Shanghai Jiao Tong University，Shanghai，200240，China）Abstract：The passive containment cooling system in the third-generation advanced pressurized water reactor has a key role in protecting the safety of nuclear power plants，thus，it is of great significance to study the hydrothermal mechanism of water film. There are many experimental studies on the evaporation of falling film，but the numerical simulation of the evaporation of the falling film is rare. The existing simulation scheme is limited to a two-dimensional model or a small size 3d model due to the limitation of calculation，and only the temperature changes in the evaporation process are analyzed. A numerical simulation of ______________________收稿日期：2017-12-19作者简介：杨小杰（1993—），男，江苏泰州人，硕士，现从事热工水力相关工作51water film evaporation and heat transfer in the full-size water film test bench 3d model was carried out by using the method of Eulerian wall film model and the coupling of the model of the Species Transport model in Fluent，by comparing test results and simulation results，evaporation rate，heat change and Sherwood number anastomoses well，the maximum deviation is less than 20%，verifying the mathematical model and the simulation scheme. On this basis，further simulation calculated the process of the evaporation process of the water film to obtain the influence of each factor on heat exchange. The inlet water flow、inlet water temperature and the gentle plate angle，the inlet air temperature have little influence on the heat exchange，which can be ignored；Inlet speed is an important factor affecting heat exchange，the greater the inlet wind speed，the greater the total heat exchange. All the above conclusions are obtained under the condition that the water film is covered with panes. The theoretical basis is provided for the calculation of the full-size model of PCCS.Key words：Large flat plate；EWF model；Liquid film evaporation1背景在第三代压水堆核电站AP1000所采用的非能动安全技术中，安全壳的外部水膜冷却技术是其中关键的一项，在设计基准事故发生后，由安全壳顶部的水箱所提供的水，将靠其自身重力驱动流出，然后通过多层围堰对流量进行均匀分布，在安全壳上形成流动水膜，这一水膜在表面空气自然对流的条件下，通过水膜对流换热、水膜蒸发换热以及安全壳自身的热辐射对安全壳进行冷却，形成安全壳在事故状态下的最终热阱，以保证安全壳内的温度和压力都在设计限值以下，从而确保安全壳的完整性，防止放射性物质的泄漏。

板式换热器强化传热数值模拟研究

板式换热器强化传热数值模拟研究板式换热器广泛应用于石化、化工、制药、冶金等工业领域中，其传热性能对工艺的稳定性和效率具有重要影响。

为了进一步提高板式换热器的传热性能，强化传热数值模拟研究成为一项重要的探索。

板式换热器的传热机理较为复杂，其主要包括对流传热、传热表面的径向传导和热边界层的影响等。

在强化传热数值模拟研究中，通常采用计算流体力学（CFD）方法，通过数值模拟来解析传热过程中的流动和传热规律，从而优化传热效果。

首先，强化传热数值模拟研究需要建立准确的物理模型。

物理模型包括换热器结构、流体流动方程、传热方程和边界条件等。

通过对换热器的结构参数进行准确建模，并利用流体流动方程和传热方程描述流体在换热器内部的运动和传热过程，为模拟过程提供准确的边界条件。

其次，强化传热数值模拟研究需要选择合适的数值方法。

数值方法包括离散化方法和求解方法。

离散化方法将连续的流体和传热方程转化为离散的代数方程，常用的方法有有限差分法、有限元法和有限体积法等。

求解方法是解离散方程组的方法，常用的是迭代法和直接法。

选择合适的数值方法可以提高计算的准确性和计算效率。

然后，强化传热数值模拟研究需要考虑流体的物性参数。

流体的物性参数包括密度、动力粘度、导热系数和比热容等。

这些参数的准确性对模拟结果的精度和可靠性有重要影响。

因此，在数值模拟过程中，需要采用合适的流体物性参数，并对参数的变化情况进行敏感性分析，以确保模拟结果的可靠性。

最后，强化传热数值模拟研究需要进行模拟结果的验证和优化。

通过与实验数据的对比，可以验证数值模拟的准确性和可靠性，从而进一步优化数值模拟方法和参数设置。

同时，可以通过数值模拟来分析换热器不同工况下的传热特性，优化换热器的结构参数和操作参数，以提高传热性能和工艺效率。

综上所述，板式换热器强化传热数值模拟研究是一项重要的工作。

通过建立准确的物理模型，选择合适的数值方法，考虑流体的物性参数，并进行模拟结果的验证和优化，可以为提高板式换热器的传热性能提供理论支持。

蒸发式冷凝器在空气流动下优化设计数值模拟

Ｅｇｎｅｉ，ｏｔＣｉａＵｉｅｓｙｏｅｈｏｏｙＧａｇｈｕ５０４ＧａｇｏｇＰｏｉｃ，ｈｎ）ｎｉｅｒｇＳｕｈｈｎｎｖｒｉｆｃｎｌ，ｕｎｚｏ６０，ｕｎｄｎｒｖｎｅＣｉａｎｔＴｇ１
ＡｂｔａｔＯｐｍａｅｉｎｉｖｐｒｔｅｃｎｅｓｒｗｉｈｅｉｅｅｔｕｅａｕｒｃｌｉｌｔｄｂｏｔａｅｓｒｃ：ｔｌｓｇｎｅａｏａｉｏｄｎｅｔｔｒｅｄｆｒｎｂｓｗｓｎｍｅａｙｓｉｄｖｈｔｉｌｍｕａｅｙｓｆｒｗ
蒸发式冷凝器是采用水和空气冷却工艺流体的
设备，泛应用在制冷、化、油、工、广石炼化冶金、纺
这３种管形的蒸发式冷凝器在空气流动状态下（无水）进行了优化设计的数值模拟，得的结论为蒸所发式冷凝器的优化设计提供了重要依据。
２４．／，口来流角０围为一ｌ。ｌ。在不同空气流量下管排的纵向间距与横向间距之比（／）拟结．３ｍｓ入范５～５；ＳＬ模
果表明，在一定空气流量下，同管形管排的ＳＬ存在着一个最佳值，不／使得单位压降下换热盘管的平均表面传热系数最大，而且随着流量的增加，最佳的比值呈减小趋势。为蒸发式冷凝器的优化设计提供了重要依据。
ｕｄｅｈｅｃｎｉｉｎｏｉｏｎｒｔｏｄｔｏｆａｒｆｗｌ

板式蒸发式冷凝器传热性能试验研究

最差；内冷凝压力随冷却循环水喷淋密度、板风速的增大而减小；在各自最佳风速，同汽液流向操作下，不蒸汽对角进出
时的热流密度均比蒸汽同侧进出时大。关键词：板式蒸发式冷凝器；薄膜；传热；试验研究
中图分类号：Ｔ６Ｂ５文献标识码：Ａｄｉ１．９９ｊｉｎ１００２．０１０．１ｏ：０３６／．ｓ．０５～３９２１．２０３ｓ
（ｅｂｒｔｙｏｎａｃｄＨａＴａｓｒｎｎｒｏｓｒａｏ，ｉｉｒｆｄｃｔｎＳｈｏｏｈｍｓｙＫｙｌｏａｒｆｈｎｅｅｔｒｎｆｄＥｅｇＣｎｅｔｎＭｎｓｏｕａｏ，ｃｏｌｆｅｉｒａｏＥｅａｙｖｉｔｙＥｉＣｔ
５８
ＦＵＩＬＤＭＡＣＮＥＨＩＲＹ
Ｖｏ３Ｎｏ２，０１１９，．２１
．
文章编号：１００２（０１００５００５— ３９２１）２— ０８— ４
板式蒸发式冷凝器传热性能试验研究
钟振兴，朱冬生，清明，刘张景卫
ｃａａｔｒｔｓｏｅｐａｅｔｐｖｐｒｔｅｃｎｅｓｒｒｔｄｅｓｃｓｓｒｙｗｔｒｏｖｌｃｔｆｉｄｉｏｔｎｘｒＰ－ｈｒｃｅｓｉｆｔｌｔ— ｅｅａｏａｉｏｄｎｅｅｓｉｄ，ｕｈａｐａａｅｗ，ｅｏｉｏｎ，ｍｐｒａｄｅｐｔｉｃｈｙｖａｕｌｆｙｗｏＯｓｔｎｏｒｃｓｕｄＴｅｒｓｌｈｗｅｈｔｏｃｒｅｔｆｗｏｉｎａｅｔｈｅｔｈａｒｎｆｒｒｓｌ，ｏｌｗｄｂｉｏｆｐｏｅｓｆｉ．ｈｅｕｔｓｏｄｔａ：ｃ — ｕｒｎｏｆａｒａｄｗｔｒｗｈｔｅｂｓｅｔｔｓｅｅｕｔｆｌｅｙｉｌｓｌｉａｏｃｕｔｒｃｒｅｔｏａｄｃｏｓｆｗ．ｏｄｎｉｇｐｅｓｒｎｃｎｅｓｒｄｃｅｅｉｈｎｒａｉｇｏｅｃｒｕａｉｇｃｏｉｇｗｏｏｎｅ－ｕｒｎｗｎｒｓ・ｏＣｎｅｓｎｒｓｕｅｉｏｄｎｅｅｒａｓｗｔｔｅｉｃｅｎｆｈｉｃｌｔｏｌａｌｆｌｓｈｓｔｎｎｔｒａｄｖｌｃｔｉｄＵｏｅｂｓｖｌｃｔｆｎｎｉｅｅｔａｏ — ｑｉｏｐｒｔｎ，ｅｈａｕｈｎｔｅｓｅｍｏｅｅｏｉｏｗｎ．ｐｎｔｅｔｅｏｉｏｄａｄｄｆｒｎｐｒｌｕｄｆｗｏｅａｉｔｅｔｌｘｗｅｔａｆｗｎｙｆｈｙｗｉｖｉｌｏｈｆｈｌｏｐｓｅｓｄｅｃｍｅｒａｅａｔｗｅｎｔｅｓｍｅｓｄ．ｐｉｉｅｏｔｏｒｉｇｅｔｒｔｎｉｈｎｏｈａｉｅｏｔｆｈｓｈＫｅｒｓｙｗｏｄ：ｐａｅｔｐｖｐｒｔｅｃｎｅｓｒｔｉｑｉｌ；ｅｔｒｎｆｒｅｐｒｍｅｔｔｄｌｔ — ｅｅａｏａｉｏｄｎｅ；ｈｎｈｕｄｆｍｈａａｓｅ；ｘｅｉｎｕｙｙｖｉｔｓ

传热传质的数值模拟与应用

传热传质的数值模拟与应用传热传质是物理学中一个重要的研究领域，也是工程学科中不可缺少的一部分。

传热传质的过程可以描述为物质内部的能量和物质信息传递的过程。

在工业生产及科学研究中，常常需要对这些过程进行定量分析和控制，因此，数值模拟成为了一种重要的研究手段。

一、传热传质的基本方程传热传质按照研究范围可以分为多种，比如传热传质的基本方程可表示为：$\frac{\partial(\rho u_i)}{\partial t}+\frac{\partial(\rhou_iu_j)}{\partial x_j}=-\frac{\partial p}{\partialx_i}+\frac{\partial}{\partial x_j}\left[\mu\left(\frac{\partialu_i}{\partial x_j}+\frac{\partial u_j}{\partial x_i}-\frac{2}{3}\delta_{ij}\frac{\partial u_k}{\partialx_k}\right)\right]+\rho g_i$其中，$\rho$为密度，$u_i$为速度分量，$p$为压力，$\mu$为黏性系数，$g_i$为重力加速度，$\delta_{ij}$为克罗内克符号。

二、数值模拟方法可以使用有限体积法等数值方法对传热传质过程进行数值模拟，其中有限体积法的基本思想是将流体域离散成有限个网格，然后对控制方程进行离散，将控制方程转化为代数方程组进行求解。

网格的划分方法有结构化、非结构化和混合网格三种。

结构化网格在计算机中的实现较为方便，适合于一些简单的流动场，但在复杂流动的计算中难以应用；非结构化网格适用范围更广，但是在计算机实现中耗费时间比较长，计算需要的内存比较大；混合网格结构和非结构化网格的优点结合起来，适用范围较广。

三、工程应用传热传质的数值模拟在工程应用中有着广泛的应用。

比如在发动机、船舶、飞机等交通工具等机械设备中的燃料燃烧过程就需要进行传热传质过程的数值模拟；在流体力学中，需要对流动场和传热传质过程进行综合研究；在化学反应中，也需要对传热传质过程进行数值模拟，以便控制反应过程和提高反应效率。

板式蒸发式冷凝器的传热实验研究及其在空调中的应用的开题报告

板式蒸发式冷凝器的传热实验研究及其在空调中的应用的
开题报告
1.研究背景
空调是现代家庭及商业建筑中必不可少的设备之一，但是传统的空调系统往往存在耗能高、环境污染及维护复杂等问题。

因此，需要对空调系统进行改进和优化。

板式蒸发式冷凝器是一种新型的传热器件，在空调系统中具有广泛的应用前景。

2.研究目的
本研究旨在通过实验研究板式蒸发式冷凝器的传热性能，探索其在空调系统中的优化应用。

3.研究内容及方法
本研究将利用实验室内搭建的板式蒸发式冷凝器传热实验设备，对板式蒸发式冷凝器的传热性能进行研究。

具体实验内容包括：
（1）测量板式蒸发式冷凝器的传热效率和热阻；
（2）分析不同工况下板式蒸发式冷凝器的传热性能变化；
（3）对比板式蒸发式冷凝器与传统冷凝器在空调系统中的能效表现。

4.研究意义
本研究可以为空调系统的优化提供理论基础和实验依据，为更好地实现能源节约和环保提供支持。

同时，研究结果还可以为板式蒸发式冷凝器在工业领域的应用提供参考。

5.研究计划
本研究计划分为三个阶段进行：
（1）实验设备的搭建和测试程序的制定；
（2）实验数据的采集和分析，分析板式蒸发式冷凝器的传热性能和能效表现；
（3）研究结果的总结和分析，撰写论文并完成毕业设计。

蒸发式冷凝器传热传质实验研究

第 37 卷第 3 期 2018 年 3 月
文章编号：10030344（2018）030224
建筑热能通风空调 Building Energy & Environment
Vol.37 No.3 Mar. 2018.22~25
蒸发式冷凝器传热传质实验研究
刘哲宇张钟庆戴荣毛丁宋杰胡江栋
长沙理工大学能源与动力工程学院
综上所述，蒸发式冷凝器在已有研究中由于侧重
收稿日期：2017511 作者简介：刘哲宇（1994~），男，硕士研究生；长沙理工大学云塘校区（410114）；Email: bullzheyu666@。
第 37 卷第 3 期
刘哲宇等：Байду номын сангаас发式冷凝器传热传质实验研究
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点不同以及实验条件各异，研究出来的结果通用性不完善，且其性能受多种因素的影响，而其中空气参数及喷淋水参数是影响其蒸发冷凝效果的两个重要因素，参数值的选取不当或者风量与水量间的配比关系不合理，都会对蒸发式冷凝器的换热效果产生很大影响。本文主要对喷淋水膜与管壁的对流换热系数以及水膜对空气的传质系数进行了实验研究。
Experimental Study on Heat and Mass Transfer of Evaporative Condenser
LIU Zheyu, ZHANG Zhongqing, DAI Rong, MAO Ding, SONG Jie, HU Jiangdong College of Energy and Power Engineering, Changsha University of Science and Technology
Abstract: In this paper, the heat transfer and mass transfer coefficients of finned tube evaporative condensers are studied and the convective heat transfer coefficient of the water film and the condenser wall and the experimental relationship between the mass transfer coefficient of water film and air are obtained as follows:hw=47 (祝/do)0.762,hd= 0.093G . 1.193 Keywords: heat transfer mass transfer, evaporative condenser, experimental relationship, spray water film

板式蒸发式冷凝器 CFD 模拟与实验研究

板式蒸发式冷凝器CFD模拟与实验研究张景卫朱冬生吴治将李元希蒋翔（华南理工大学化工与能源学院传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州 510640）摘要：通过运用FLUENT软件对板式蒸发式冷凝器板束中气液两相逆流、并流两种操作进行模拟，直观地表征了板束中喷淋水流量、风速及风向对水膜流动的影响，并在此基础上对板式蒸发式冷凝器的三种操作─-逆流、并流、错流进行了传热实验研究，模拟及实验研究的结果显示：空气与水并流比逆流、错流更有利于利用液体薄膜强化传热传质的特性。

关键词：冷凝器 CFD模拟强化传热波纹板板束THE CFD SIMULATION AND EXPERIMENTAL STUDY OF THEPLATE-TYPE EV APORATIVE CONDENSERZhang Jingwei Zhu Dongsheng Wu Zhijiang Li Yuanxi Jiang Xiang(The Key Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation of the Ministry of Education, School of Chemical and Energy Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640,Guangdong,China)Abstract：This paper presents a simulation of two operations—upwind, downwind with two-phase flowing in the plate bundles of the plate-type evaporative condenser, by means of the FLUENT software, which provide a direct illustration of the influence of the water film flowing on spray water flow、wind velocity、wind direction in the plate bundles. An experimental study of the heat transfer of three operations—downwind、upwind and crosswind operation in the plate-type evaporative condenser is pressed on the base of which. The result of simulation and experimental study demonstrates the advantages of downwind operation over upwind operation and crosswind operation in making use of enhanced heat transfer and mass transfer of fluid film.Keywords：Condenser CFD simulation Heat transfer enhancement corrugated plates plate bundle0 前言利用液膜进行传热传质已经成为动力、化工、制冷、轻工、食品等工业中最重要的单元操作之一。

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ＤｏｎｇＬｉｙａｎＷａｎｇＢａｏｌｏｎｇＳｈｉＷｅｎｘｉｎｇＬｉＸｉａｎｔｉｎｇＬｉＺｈｉｍｉｎｇ。ＴａｎＤｏｎｇ
（１．ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｒｉｎｇ，１０００８４，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｕａｎｇｚｈｏｕＷｉｄｅＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，５１０６６３，
Ｃｈｉｎａ）
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交换过程的二维数学模型，由此分析板式蒸发式冷凝器中冷却水温度、空气温度和空气含湿量等参数的分布规律，以及空气流速、干湿球温度、冷却水喷淋密度和冷凝温度对板式蒸发式冷凝器热流密度的影响，并将模拟结果通过实验进行了验
证，两者之间的误差在１０％以内。研究表明：板式蒸发式冷凝器的热流密度随进口空气流速的增加而增大，随湿球温度的
ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｖｅｒｉｉｆｅｄｔｈｒｏｕｇｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．ａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｗａｓｌｅｓｓｔｈａｎ１０％．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｈｅａｔｌｆｕｘｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｉｒｌｆｏｗｒａｔｅ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｎｄａｄｅｃｒｅａｓｉｎｇａｉｒｗｅｔｂｕｌｂｔｅｍｐｅｒａｕｒｔｅ，ａｎｄｉｓｎｏｔ
文献标识码：Ａ
ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＨｅａｔａｎｄＭａｓｓＴｒａｎｓｆｅｒｏｆＰｌａｔｅ
ＥｖａｐｏｒａｔｉｖｅＣｏｎｄｅｎｓｅｒ
ｄｏｉ：ｉ０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．０２５３ — ４３３９．２０１３．０１．０数值模拟
董俐言王宝龙石文星李先庭李志明谭栋
（１清华大学北京１０００８４；２广州市华德工业有限公司广州５１０６６３）摘要根据能量守恒和质量守恒定律，对板式蒸发式冷凝器中制冷剂、冷却水与空气之间的传热传质过程，建立了热质
升高而减小，几乎不受进口空气干球温度的影响；热流密度随着冷却水喷淋密度的增加逐渐增大，但增大至…定量后小再对热流密度有明显影响；冷凝温度越高，其热流密度越大。上述结论对板式蒸发式冷凝器的优化设计具有指导意义。关键词蒸发式冷凝器；传热传质；数值模拟；换热器
中图分类号：ＴＫ１２４；ＴＢ６５７．５
第３４卷第１期
２０１３年２月
制冷学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ
，．３．Ｎｏ．１Ｆｅｂｒｕａｒｖ．２０１３
文章编号：０２５３ — ４３３９（２０１３）０卜００１０ — ０８