針對(duì)表面式換熱器殼側(cè)的實(shí)際物理過(guò)程,對(duì)于飽和蒸汽以一定的來(lái)流速度豎直向下垂直掠過(guò)水平管并在溫度較低的管道外壁表面發(fā)生的層流膜狀凝結(jié),本文基于普朗特單相流體邊界層理論和惠特曼經(jīng)典氣-液雙膜理論,在垂直于水平管軸向的截面上建立了關(guān)于飽和蒸汽層流膜狀凝結(jié)的二維數(shù)值求解模型。本文分析了干飽和蒸汽掠過(guò)單根水平冷卻管發(fā)生層流膜狀凝結(jié)問(wèn)題的簡(jiǎn)化、建模過(guò)程,最終得到了二維數(shù)值求解模型。模型中,凝結(jié)液膜層流體的控制方程組包括質(zhì)量、動(dòng)量和能量方程,蒸汽邊界層蒸汽的控制方程組包括質(zhì)量方程和動(dòng)量方程。在參考拉普拉斯對(duì)單相流體邊界層問(wèn)題的級(jí)數(shù)求解以及Deyi Shang對(duì)飽和蒸汽在水平壁面上部發(fā)生層流膜狀凝結(jié)的相似分析過(guò)程的基礎(chǔ)上,文中利用矩陣求解方程組的原理,對(duì)使用泰勒展開(kāi)進(jìn)行離散的凝結(jié)液體和蒸汽邊界層蒸汽的偏微分控制方程組進(jìn)行了處理,最終獲得了凝結(jié)液膜層和蒸汽邊界層內(nèi)流體的速度分布、凝結(jié)液膜內(nèi)流體的溫度分布。在此基礎(chǔ)上獲得了飽和蒸汽掠過(guò)水平管發(fā)生層流膜狀凝結(jié)過(guò)程中的局部凝結(jié)液膜厚度、對(duì)流換熱系數(shù)和努塞爾數(shù),以及從上部滯止點(diǎn)到計(jì)算終止時(shí)飽和蒸汽在水平管外壁面發(fā)生層流膜狀凝結(jié)的平均液膜厚度、對(duì)流換熱系數(shù)和努塞爾數(shù)的求解方法。論文采用沿管壁外表面圓周方向的正交隨體坐標(biāo)系,對(duì)流動(dòng)蒸汽掠過(guò)水平單管的層流膜狀凝結(jié)過(guò)程進(jìn)行了求解,分析了蒸汽凝結(jié)過(guò)程中外壁面附近兩相流體的流動(dòng)、換熱特性。本文對(duì)飽和蒸汽在水平冷卻管外的層流膜狀凝結(jié)進(jìn)行了敏感性分析,研究了蒸汽主流飽和溫度_sT、水平冷卻管直徑D、蒸汽主流來(lái)流速度U_∞以及飽和蒸汽溫度與水平冷卻管外壁面溫度之差ΔT等因素對(duì)飽和蒸汽層流凝結(jié)的影響。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TL353.13
【部分圖文】：

蒸汽層流膜狀凝結(jié)示意圖

δ δq圖2.1 單相流體邊界層問(wèn)題示意圖得到流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的控制方程組[52]如下：0u vx y + = (2-10)22u u 1dP uu vx y dx yνρ + = + (2-11)22T T Tu vx y Cp yλρ + = (2-12)單相邊界層理論的求解由Blasius H.率先完成求解，經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展，單相邊界層對(duì)流換熱問(wèn)題的求解方法有級(jí)數(shù)解解法、差分?jǐn)?shù)值計(jì)算法、積分方程解法、相似解法和奇異攝動(dòng)法等。邊界層研究方向則有：在任意（非）正交坐標(biāo)系下，由軸對(duì)稱、平面二維問(wèn)題向三維問(wèn)題發(fā)展；開(kāi)始逐漸考慮邊界層的高階效應(yīng)，如“部分拋物型”邊界層理論[56]。本節(jié)整理了單相流體層流對(duì)流換熱問(wèn)題的控制方程組（2-10）~（2-12）的推導(dǎo)過(guò)程，為下面蒸汽層流凝結(jié)過(guò)程中引入數(shù)學(xué)方程做鋪墊。2.2 單相層流控制方程組在蒸汽層流膜狀凝結(jié)中的應(yīng)用2.1.1 飽和蒸汽層流膜狀凝結(jié)過(guò)程簡(jiǎn)介實(shí)際中蒸汽在冷壁面上的凝結(jié)過(guò)程大都是含不凝性氣體的混合氣體相變換熱過(guò)程，

非線性偏微分方程組（2-13）~（2-17）的完整求解。2.3 物理模型及坐標(biāo)系如圖2.4所示，假定無(wú)限空間中存在以一定速度豎直向下流動(dòng)的干飽和蒸汽，空間中存在一個(gè)水平冷卻管。來(lái)流蒸汽以恒定速度U∞豎直向下垂直掠過(guò)水平冷卻管道，管道外壁面溫度恒定且為wT ，飽和蒸汽溫度為sT 。蒸汽在溫度較低的壁面上凝結(jié)，從水平管上部滯止點(diǎn)A（后面簡(jiǎn)稱點(diǎn)A）開(kāi)始沿水平管圓周方向向下運(yùn)動(dòng)。如圖2.4所示，由于蒸汽和凝結(jié)液沿水平管兩側(cè)的向下運(yùn)動(dòng)以及流動(dòng)中換熱過(guò)程的條件是相同的，兩側(cè)流體在水平管底部滯止點(diǎn)B（后面簡(jiǎn)稱點(diǎn)B）處匯集�？紤]到凝結(jié)液的流動(dòng)速度很小，且質(zhì)量流量不大

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