本文關(guān)鍵詞：超疏水表面低壓蒸汽冷凝液滴分布及傳熱強(qiáng)化

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【摘要】：低壓蒸汽冷凝過程在化工、發(fā)電、空調(diào)制冷、海水淡化、低壓蒸餾和吸收式熱泵等方面有著廣泛的應(yīng)用。滴狀冷凝傳熱模式相比于傳統(tǒng)的膜狀冷凝具有更高的傳熱效率是節(jié)約資源和提高能源利用效率的重要手段。液滴作為蒸汽冷凝的傳熱通道,探究其彈跳現(xiàn)象對(duì)其尺寸分布及演化的影響規(guī)律,對(duì)于低壓蒸汽冷凝傳熱強(qiáng)化具有重要的意義。實(shí)驗(yàn)考察了不同蒸汽壓力下超疏水表面初始冷凝過程中液滴尺寸分布演化規(guī)律和穩(wěn)態(tài)液滴尺寸分布特征,獲得了液滴彈跳現(xiàn)象對(duì)液滴尺寸分布及演化的影響。結(jié)果表明,在低壓、小過冷度下,液滴彈跳現(xiàn)象增大了小液滴密度,減小了液滴脫落尺寸,導(dǎo)致了超疏水表面上液滴平均尺寸的降低。彈跳現(xiàn)象對(duì)初始冷凝過程中的液滴尺寸分布的演化規(guī)律影響較小,液滴尺寸分布仍呈現(xiàn)出正態(tài)分布-雙峰分布-指數(shù)分布的演化規(guī)律,與較高壓力下液滴在重力作用下脫落時(shí)的演化規(guī)律相似。穩(wěn)態(tài)條件下,存在液滴彈跳時(shí),液滴分代分布規(guī)律明顯,不同代的液滴表現(xiàn)出自相似特征,總體呈現(xiàn)出穩(wěn)定的指數(shù)分布,液滴彈跳現(xiàn)象降低了液滴平均尺寸,優(yōu)化了穩(wěn)態(tài)液滴尺寸分布,縮短了液滴生命周期。結(jié)合理論分析的方法對(duì)低壓條件下的蒸汽冷凝傳熱性能進(jìn)行了理論計(jì)算和分析,獲得了液滴彈跳現(xiàn)象對(duì)穩(wěn)態(tài)蒸汽冷凝傳熱性能的影響和低壓蒸汽冷凝傳熱強(qiáng)化的機(jī)理。結(jié)果表明,低壓、小過冷度條件下,液滴彈跳現(xiàn)象導(dǎo)致了液滴脫落尺寸和液滴平均尺寸減小,小液滴密度增加,液滴生命周期縮短,液滴彈跳現(xiàn)象對(duì)液滴尺寸分布的優(yōu)化增加了冷凝表面上的有效傳熱通道,同時(shí),液滴合并時(shí)的脈動(dòng)和彈跳現(xiàn)象對(duì)氣液界面的擾動(dòng)可以增強(qiáng)氣液界面分子擴(kuò)散。保持小過冷度促進(jìn)液滴彈跳是強(qiáng)化低壓蒸汽冷凝傳熱的重要策略。相同冷凝條件下液滴發(fā)生彈跳時(shí)的傳熱通量約為重力作用脫落時(shí)傳熱通量的3倍,甚至超過了常壓下超疏水冷凝表面的傳熱通量。利用蒸汽在低壓小過冷度條件下在超疏水表面冷凝時(shí)液滴彈跳現(xiàn)象對(duì)冷凝傳熱的強(qiáng)化作用,對(duì)日產(chǎn)淡水1.8噸的壓汽蒸餾裝置中的蒸發(fā)-冷凝器進(jìn)行了設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)性能核算。對(duì)于蒸發(fā)-冷凝換熱而言,冷凝側(cè)傳熱系數(shù)的提高使總傳熱系數(shù)提高了約37%,壓縮機(jī)能耗降低了約60%。通過經(jīng)濟(jì)性能核算,當(dāng)純水價(jià)格為30元／噸時(shí),本設(shè)計(jì)使成本費(fèi)由不可回收變?yōu)榭梢曰厥?回收期為12.8年；且在設(shè)備正常運(yùn)行15年期間,本設(shè)計(jì)比原設(shè)計(jì)的能耗將節(jié)省9.3萬元,從節(jié)能減排和設(shè)備長(zhǎng)遠(yuǎn)運(yùn)行的角度來看,本設(shè)計(jì)更加優(yōu)越。
【關(guān)鍵詞】：低壓蒸汽冷凝 液滴彈跳 強(qiáng)化傳熱 蒸發(fā)-冷凝器設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O647
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文獻(xiàn)綜述10-27
• 1.1 表面潤(rùn)濕性的基本理論10-12
• 1.1.1 Young方程10
• 1.1.2 潤(rùn)濕狀態(tài)劃分10-12
• 1.2 結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)對(duì)表面潤(rùn)濕性及液滴尺寸分布的影響12-18
• 1.3 操作條件對(duì)冷凝液滴尺寸分布及傳熱的影響18-22
• 1.4 滴狀冷凝傳熱模型22-24
• 1.5 壓汽蒸餾簡(jiǎn)介24-25
• 1.6 本文研究?jī)?nèi)容25-27
• 2 表面制備與實(shí)驗(yàn)方法27-35
• 2.1 表面制備與表征27-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置與流程28-30
• 2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理30-31
• 2.4 實(shí)驗(yàn)誤差分析31-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 3 超疏水表面低壓蒸汽冷凝液滴尺寸分布及演化35-46
• 3.1 液滴彈跳現(xiàn)象及彈跳液滴尺寸分布特征35-37
• 3.2 初始冷凝過程液滴瞬態(tài)尺寸分布與演化37-43
• 3.3 穩(wěn)態(tài)液滴尺寸分布特征43-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 4 超疏水表面低壓蒸汽滴狀冷凝傳熱計(jì)算分析46-53
• 4.1 蒸汽滴狀冷凝傳熱模型46-48
• 4.2 低壓蒸汽冷凝傳熱性能的模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析48-50
• 4.3 低壓蒸汽冷凝傳熱強(qiáng)化機(jī)理50-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 5 壓汽蒸餾海水淡化裝置蒸發(fā)-冷凝器設(shè)計(jì)53-57
• 5.1 蒸發(fā)-冷凝器設(shè)計(jì)方案的確定53-54
• 5.2 設(shè)計(jì)參數(shù)及物性確定54
• 5.3 傳熱面積計(jì)算54
• 5.4 藝結(jié)構(gòu)尺寸54-55
• 5.5 經(jīng)濟(jì)性能核算55-56
• 5.6 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 附錄A 主要符號(hào)表62-64
• 附錄B 蒸發(fā)-冷凝器換熱板片結(jié)構(gòu)尺寸圖64-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況65-66
• 致謝66-67

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