發(fā)布時間：2020-07-19 06:00

【摘要】：蒸汽凝結(jié)現(xiàn)象普遍存在于各種工程領(lǐng)域中,但是當(dāng)蒸汽中含有不凝氣體時,凝結(jié)傳熱系數(shù)急劇降低。由于含不凝氣體蒸汽凝結(jié)涉及到復(fù)雜的相變傳熱過程、氣相傳質(zhì)過程、凝結(jié)液的形態(tài)及其變化過程等方面,因此其機(jī)理研究未能得到通用的解釋。探索含不凝氣體蒸汽凝結(jié)傳熱機(jī)理和強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)方向一直是學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。本文以含空氣蒸氣混合氣體在豎直光管和強(qiáng)化管外凝結(jié)為研究對象,通過實(shí)驗(yàn)研究方法,深入研究含不凝氣體蒸汽凝結(jié)傳熱傳質(zhì)過程及強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)機(jī)理。主要的研究內(nèi)容及取得的研究結(jié)論如下:(1)含不凝氣體蒸氣凝結(jié)換熱過程的實(shí)質(zhì)是由氣相擴(kuò)散傳質(zhì)控制的熱量傳遞過程。蒸汽通過擴(kuò)散由主體區(qū)經(jīng)過凝結(jié)壁面附近不凝氣體濃度高的擴(kuò)散層到達(dá)凝結(jié)壁面,換熱過程包括混合氣體對流換熱、蒸汽凝結(jié)換熱和凝結(jié)液的導(dǎo)熱。凝結(jié)液脫落沖刷對氣相擴(kuò)散層產(chǎn)生強(qiáng)制對流擾動,減薄氣相傳熱傳質(zhì)擴(kuò)散邊界層,提高氣相邊界層內(nèi)的溫度梯度和濃度梯度,減小速度矢量與溫度梯度矢量、濃度梯度矢量間的協(xié)同角,使速度場與溫度梯度場、濃度梯度場協(xié)同,從而強(qiáng)化傳熱。(2)通過構(gòu)建豎直換熱管外含不凝氣體蒸汽凝結(jié)可視化實(shí)驗(yàn)平臺,進(jìn)行自然對流條件下不同工況的凝結(jié)傳熱實(shí)驗(yàn)研究。通過高速攝像儀對豎直不銹鋼光管外壁面上的凝結(jié)液形態(tài)及動態(tài)變化過程進(jìn)行圖像采集。可視化觀察發(fā)現(xiàn),豎直不銹鋼光管外壁面上的凝結(jié)液形態(tài)有四種:珠流共存狀、珠膜共存狀、穩(wěn)定膜狀、混合狀。凝結(jié)液的形態(tài)及動態(tài)變化過程對氣相擴(kuò)散層的傳質(zhì)傳熱產(chǎn)生不同的影響,凝結(jié)液脫落沖刷越頻繁,傳質(zhì)傳熱效果越好。通過不同的不凝氣體質(zhì)量含量、過冷度、壓力條件下的實(shí)驗(yàn)研究凝結(jié)傳熱特性,平均凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)隨著不凝性氣體含量的增高而逐漸降低;平均凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)整體趨勢先隨著壁面過冷度的增大而增大,達(dá)到最大值以后,再隨著壁面過冷度的增大而減小基于凝結(jié)換熱特性的影響因素,提出了新的豎管外含不凝氣體蒸汽凝結(jié)實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。(3)以不銹鋼光管和黃銅光管的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),分別將不銹鋼表面涂層強(qiáng)化管、黃銅表面涂層強(qiáng)化管在與光管相同的條件下進(jìn)行含不凝氣體蒸汽冷凝實(shí)驗(yàn)。表面涂層強(qiáng)化管外壁面上的凝結(jié)液形態(tài)有兩種:珠膜共存狀和珠狀;與光管動態(tài)變化過程相比,涂層強(qiáng)化管凝結(jié)液脫落沖刷更頻繁、范圍更大、速度更快,凝結(jié)液量更大;表面涂層強(qiáng)化管表面上的凝結(jié)液形態(tài)種類和動態(tài)變化過程促進(jìn)了氣相擴(kuò)散層的傳質(zhì)傳熱過程。在相同的蒸汽分壓與不凝氣體質(zhì)量含量下,通過表面涂層強(qiáng)化管的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與光管的進(jìn)行對比,涂層強(qiáng)化管換熱效果優(yōu)于光管,其中不凝氣體質(zhì)量含量分別為30%時,不銹鋼涂層強(qiáng)化管的換熱系數(shù)是不銹鋼光管的1.3～3.0倍,黃銅涂層強(qiáng)化管的換熱系數(shù)是黃銅光管的1.1～1.9倍;涂層強(qiáng)化管的過冷度比光管的過冷度低,涂層強(qiáng)化管換熱系數(shù)隨過冷度的變化曲線斜率比光管的大。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK124

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本文編號：2762020