降膜蒸發(fā)器分配器

降膜式蒸發(fā)器噴淋布液均勻性數(shù)值研究孫文卿141902009摘要：本章結(jié)合蒸發(fā)式冷凝器噴淋管和噴嘴布液的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立噴淋系統(tǒng)的物理模型，采用FLUENT軟件，分別對(duì)不同總噴淋量、不同噴嘴直徑、是否加裝壓力平衡管、等因素變化組合計(jì)算工況下噴淋管內(nèi)的流體流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并用平均相對(duì)誤差量化比較和研究了影響噴嘴出口流量均勻性的主要因素。關(guān)鍵詞：降膜蒸發(fā)器、噴嘴布液、壓力平衡管引言水平管降膜蒸發(fā)器是一種正在研究和發(fā)展中的高效換熱部件，其降膜流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)性能的規(guī)律還不十分清楚，故其應(yīng)用和推廣受到較大的制約。本文的核心研究?jī)?nèi)容是設(shè)計(jì)水平管降膜蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)，并尋求其噴淋系統(tǒng)均勻布液的規(guī)律，據(jù)此建立幾何模型和單元數(shù)值仿真模型，初步探索水平管降膜流動(dòng)和蒸發(fā)傳熱傳質(zhì)性能。1、水平管降膜蒸發(fā)器的特點(diǎn)相比于滿(mǎn)液式蒸發(fā)器，水平管式降膜蒸發(fā)器有很多優(yōu)點(diǎn)：（1） 制冷劑的充注量少制冷劑的充注量要比滿(mǎn)液式蒸發(fā)器節(jié)約25%左右，一方面降低了制冷劑的投入和維護(hù)成本，另一方面也大大降低了制冷劑泄漏的概率，從而使制冷劑的篩選范圍擴(kuò)大。（2） 傳熱性能好由于溶液沿管壁呈傳熱效果較好的膜狀流動(dòng)，液膜很薄，且有波動(dòng)性質(zhì)，有利于液膜與管壁間的傳熱。并且在液固、氣液界面上都可能發(fā)生相變，所以降膜蒸發(fā)表現(xiàn)出很高的換熱性能。（3） 傳熱溫差損失小因?yàn)榻的ふ舭l(fā)器沒(méi)有液位靜壓引起的沸點(diǎn)升高而帶來(lái)的溫差損失。避免了蒸發(fā)器殼體的直徑較大時(shí)液體靜壓力對(duì)蒸發(fā)溫度的影響。另外對(duì)于密度較大的制冷劑，靜壓高度的影響會(huì)更加顯著。（4） 結(jié)構(gòu)更加緊湊較高的傳熱性能允許蒸發(fā)溫度升高，改善了系統(tǒng)的循環(huán)效率；另外高的傳熱系數(shù)可以減小蒸發(fā)器體積，節(jié)省空間投入成本。改善去油效果因?yàn)樗焦苁浇的ふ舭l(fā)器中潤(rùn)滑油沉積在蒸發(fā)器底部，直接經(jīng)由回油泵抽出即可。需裝置液體分布器為了使制冷劑沿?fù)Q熱管軸向、環(huán)向均勻連續(xù)布膜，需在換熱管的上方裝置液體分布器。其結(jié)構(gòu)直接影響到液體的分布及成膜質(zhì)量。因而，液體分布器是水平管降膜蒸發(fā)器的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)顯得尤其重要。2、 噴淋布液均勻性數(shù)值研究水平管降膜蒸發(fā)器孔口出流均勻性對(duì)傳熱傳質(zhì)效果有直接影響。若蒸發(fā)管束上制冷劑液體分布不均，則液膜較厚處的熱阻較大，液膜較薄處可能會(huì)干壁。換熱管上制冷劑液體布膜均勻性除了受來(lái)流液柱分布的影響外，還會(huì)受到慣性力、重力、液固附著力和液體表面張力的影響。其中慣性力以液體質(zhì)量流量形式表現(xiàn)出來(lái)。液體質(zhì)量流量越大，則液體表面張力的影響越小。液固附著力以液固接觸角形式表現(xiàn)出來(lái)。液固附著力越大，液膜越容易鋪展開(kāi)。表面張力越大，液體越容易聚集成滴，液膜均勻性越差。矩形布液器的孔口出流主要是液柱重力流動(dòng)，在受液管排上的液體鋪展主要靠液固附著力來(lái)進(jìn)行，容易出現(xiàn)液體還未鋪滿(mǎn)就流下去的現(xiàn)象。而工業(yè)上常見(jiàn)的噴嘴出流主要是小液滴錐形區(qū)域噴射流動(dòng)，在受液管排上的覆蓋面較大，即使流量較小，也容易均勻布膜。本章將對(duì)噴淋管和噴嘴布液的噴淋問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值模擬，以了解噴淋管和噴嘴布液的若干規(guī)律，為水平管降膜蒸發(fā)器改用噴淋管和噴嘴布液的技術(shù)研發(fā)提供參考。3、 物理模型加裝壓力平衡管后的噴嘴式噴淋系統(tǒng)的物理模型如圖所示。在泵的動(dòng)力輸送下，制冷劑液體經(jīng)y方向的豎直供液管及z方向的水平分配管流到x方向圖中已編號(hào)的5根噴淋管內(nèi)。其中，第1，3,5根噴淋管下方各均布15個(gè)噴嘴，第2,4根噴淋管下方各均布16個(gè)噴嘴。在每根噴淋管上方，由5個(gè)均布的壓力平衡孔連通噴淋管與所加裝的壓力平衡管。

噴淋系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)表所示，其中噴嘴直徑d依研究計(jì)算工況變化。名稱(chēng)管內(nèi)徑/mm管長(zhǎng)/'mm方位及布置數(shù)量些直供液管100L000豎直居中、'向r水平分配管1003000水f，；向r噴淋管501(]000工向，間距600mm均布5管1,3,5：間距600mm均布15x3噴1嘴102,4：間距600mm均布16x2壓力平衡管267200西湍答距分配管14X)0mm5力平衡孔26100間建1800mm灼布5x54、噴淋工況噴淋工況按以下因素變化組合:總噴淋量取Q=100m3/h，200m3/h，300m3/h，400m3/h，500m3/h，噴嘴直徑取d=8mm，12mm，16mm，20mm，再取有無(wú)壓力平衡管2種情況，共40種數(shù)值計(jì)算工況。4.1噴淋管布置對(duì)噴嘴流量均勻性的影響數(shù)值計(jì)算完成后，提取各工況(Q=100m3/h，d=8mm，無(wú)平衡管Q=500m3/h，d=20mm，有平衡管兩種代表性工況)下1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)噴淋管的噴嘴出口體積流量數(shù)據(jù)，由此分析各種因素變化對(duì)噴嘴流量均勻性的影響。圖4-2(a)取的工況為：總噴淋量最小(Q=100m3/h)、噴嘴最小(內(nèi)徑d=8mm)且無(wú)壓力平衡管?？梢钥闯鋈鶉娏芄艿膰娮炝髁糠植记€基本重疊在一起，可以認(rèn)為噴淋管1，2和3中噴嘴流量分布大致相同。圖4-2(b)取的工況為：總噴淋量最大(Q=500m3/h)、噴嘴最大(內(nèi)徑d=20mm)且有壓力平衡管?？梢钥闯鰣D中三根噴淋管的噴嘴流量分布曲線同樣是基本重疊在一起的。

Llibi?3圖4-2(a)與4-2(b)取為兩種極端工況，但從各圖中3條曲線的重疊性來(lái)看，無(wú)論工況(aLlibi?3圖4-2(a)與4-2(b)取為兩種極端工況，但從各圖中3條曲線的重疊性來(lái)看，無(wú)論工況(a)Q=100n?Zh>iz/=8mnn無(wú)平衡管■.b)j^=5OOm3/h,zZ=20mm,有平衡管<250UELubeI—*-TtLibc2,hfl"tubc3320 0 2 4 6 8 10121416噴嘴凈號(hào)"LubeILLlbc?150(.11(.KitJ (J2 4 6 8l(i121416噴嘴序號(hào)〃如何，三根噴淋管?chē)娮炝髁糠植家?guī)律之間基本無(wú)差別。又由五根噴淋管的結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性推知，水平分配管可將來(lái)自豎直供液管的液體基本均勻地分配到五根噴淋管內(nèi)。4.2總噴淋量對(duì)噴嘴流量均勻性的影響噴嘴直徑d=8mm，無(wú)壓力平衡管和d=16mm，有壓力平衡管，在Q=100m3/h，200m3/h，300m3/h，400m3/h，500m3/h五種總噴淋量下3號(hào)噴淋管的噴嘴出口體積流量數(shù)據(jù)，以分析總噴淋量對(duì)噴嘴流量均勻性的影響。圖4-3(a)所示為d=8mm，無(wú)壓力平衡管，5種總噴淋量下，噴淋管3各噴嘴流量的分布曲線。可以看出，任何一條曲線都近似水平，說(shuō)明在d=8mm時(shí)，任何一種總噴淋量下，各噴嘴流量基本相等。圖4-3(b)所示為d=16mm，有壓力平衡管，5種總噴淋量下，噴淋管3各噴嘴流量2000川niri的分布曲線。圖中的五條曲線從下到上，隨著Q的增大，曲線中部下凹逐漸加劇。圖說(shuō)明，噴嘴直徑增大到d=16mm后，總噴淋量較小時(shí)，噴嘴流量還比較均勻。但當(dāng)5 7LII?15嘖嗜序號(hào)〃I3 5 7 9llI?2000川niri的分布曲線。圖中的五條曲線從下到上，隨著Q的增大，曲線中部下凹逐漸加劇。圖說(shuō)明，噴嘴直徑增大到d=16mm后，總噴淋量較小時(shí)，噴嘴流量還比較均勻。但當(dāng)5 7LII?15嘖嗜序號(hào)〃I3 5 7 9llI?15噴嗜序號(hào)抑峭淋管％W=8 無(wú)平衡管峭淋管*婦bmm,17平衡管50020(1()1如。代釜眼世-15。。1000K.KJn]/b-300m/hX>20()m/hFEJnT/h總噴淋量越來(lái)越大時(shí)，噴嘴流量均勻性越來(lái)越差。5、總結(jié)影響降膜式蒸發(fā)器的換熱性能因素有很多，其中，布液器的形式就是其中的關(guān)鍵因素，通過(guò)本文的探討，水平管可以均勻的布液，噴嘴直徑增大到d=16mm后，噴嘴流量的均勻性受流量的影響較大。參考文獻(xiàn)：【1】陳良才，焦彥紅，馮志力，劉志春.蒸發(fā)式冷凝器噴嘴流量均勻性數(shù)值研究，制冷與空調(diào)，2011,11(5),67-70(ISSN10095-8402，CN11-4519/TB)【2】杜亮坡.水平管外降膜蒸發(fā)傳熱性能的實(shí)驗(yàn)研究[D].河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.2006.1.【3】費(fèi)繼友，李連生.水平管降膜式蒸發(fā)器管間流動(dòng)模式的研究[J].制冷與空調(diào)，2006,6(4)，102-104【4】翟玉燕，黃興華.基于分布參數(shù)模型的水平管式降膜蒸發(fā)器模擬[J].機(jī)械工程