大學碩士研究生答辯《水平管式降膜蒸發(fā)器的性能研究》模板課件（終版）

水平管式降膜蒸發(fā)器的性能研究碩士學位論文畢業(yè)答辯導師：XXX單位：能源與機械工程學院專業(yè)：建筑與土木工程姓名：XXX（XXXXXXX）

目錄

1研究背景與意義2研究內(nèi)容與方法4數(shù)值計算結(jié)果分析3結(jié)構(gòu)設(shè)計與模型建立5結(jié)論與展望1研究背景與意義選題背景背景③水平管式降膜蒸發(fā)器具有傳熱系數(shù)高、傳熱溫差小和制冷劑充注量少等眾多優(yōu)點。背景②背景①目前已在制冷空調(diào)、化工、石油、食品加工和最新的海水淡化等行業(yè)領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。由于降膜蒸發(fā)器換熱管束外壁面易出現(xiàn)局部“干斑”現(xiàn)象，但相關(guān)研究尚少，導致其進行直接優(yōu)化很困難。2研究內(nèi)容與方法研究內(nèi)容主要工作有：1、設(shè)計一種二級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器，不僅采用制冷劑引射再循環(huán)系統(tǒng)，而且設(shè)置了一級和二級布液器。嘗試使得底部換熱管的管外壁面布液更加均勻，并減少局部“干斑”現(xiàn)象產(chǎn)生。2、通過建立有限差分模型，編制有關(guān)水平管式降膜蒸發(fā)器的性能仿真計算軟件，并驗證此軟件的可行性。3、進行數(shù)值計算，分析再循環(huán)等因素對降膜蒸發(fā)器性能的影響，并將設(shè)計的二級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器與現(xiàn)有一級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器對比分析，驗證其性能優(yōu)劣。2研究內(nèi)容與方法結(jié)構(gòu)設(shè)計一級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器運行時，制冷劑由高壓儲液器流出流入引射器的高壓入口，與引射器通過液態(tài)高壓制冷劑抽取底部儲液包所收集的制冷劑混合，由引射器的混合出口流出通過蒸發(fā)器的制冷劑入口進入一級布液器完成制冷劑分配。圖2.1一級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖2研究內(nèi)容與方法結(jié)構(gòu)設(shè)計二級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器區(qū)別：設(shè)置了一級和二級布液器。嘗試使得底部換熱管的管外壁面布液更加均勻，并減少局部“干斑”現(xiàn)象產(chǎn)生。圖2.2二級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖模型建立與模擬設(shè)置3模型建立建立有限差分模型：考慮換熱管沿管排水平和垂直方向，沿冷凍水管內(nèi)流動方向的變化。圖3.1管束中換熱管子的單元模型布局圖模型建立與模擬設(shè)置3計算軟件為進一步分析強化換熱管出現(xiàn)局部“干斑”現(xiàn)象時的位置，以及合理評價“干斑”現(xiàn)象在降膜換熱過程中的影響，本文定義了單元降膜因子Φ和綜合平均降膜因子φ：數(shù)據(jù)處理式中，Kff,dry——出現(xiàn)干斑時的降膜換熱因子；Kff

——恰好無干斑現(xiàn)象產(chǎn)生時的降膜換熱因子，又稱臨界降膜換熱因子；模型建立與模擬設(shè)置3計算軟件為更直觀對比分析兩種不同降膜蒸發(fā)器制冷劑引射再循環(huán)系統(tǒng)的性能，將數(shù)值模擬中的計算結(jié)果，降膜蒸發(fā)器的制冷劑實際再循環(huán)流量與實際制冷劑蒸發(fā)量的比值，定義為制冷劑再循環(huán)系數(shù)Rl，用下式表示：數(shù)據(jù)處理式中，mcir——制冷劑實際再循環(huán)流量，kg/s；

mcond——實際制冷劑蒸發(fā)量，kg/s。3研究內(nèi)容

模型建立與模擬設(shè)置模型驗證建立樣機：為了驗證模型并進行后續(xù)性能研究，本課題針對四臺水平管式降膜蒸發(fā)器樣機進行數(shù)值模擬，現(xiàn)命名為A1、A2樣機（圖3.9）和B1、B2樣機（圖3.10）。圖3.2A1和A2樣機結(jié)構(gòu)對比圖A型樣機：180根換熱管3研究內(nèi)容

模型建立與模擬設(shè)置模型驗證B型樣機：356根換熱管圖3.3B1和B2樣機結(jié)構(gòu)對比圖3研究內(nèi)容

模型建立與模擬設(shè)置模型驗證表3.1樣機換熱管完全濕潤時的性能參數(shù)實際制冷量：A1和A2樣機的相對誤差在0.006‰，B1和B2樣機的相對誤差在0.9％，此范圍誤差在接受范圍內(nèi)，所以本程序通過驗證能夠用于本課題的研究。4.1再循環(huán)對降膜蒸發(fā)器換熱性能的影響圖4.1不同再循環(huán)系數(shù)下的制冷劑蒸發(fā)量和綜合平均降膜因子的變化情況1）若試圖完全消除降膜蒸發(fā)器強化換熱管束表面存在的“干斑”現(xiàn)象，則再循環(huán)系數(shù)Rl的數(shù)值需大于1.5。2）降膜蒸發(fā)器的最佳再循環(huán)系數(shù)Rl約為1.2，使得降膜蒸發(fā)器制冷劑蒸發(fā)量有效穩(wěn)定且節(jié)省制冷劑用量，對應(yīng)的綜合平均降膜因子約為0.78。4數(shù)值計算結(jié)果分析再循環(huán)系數(shù)再循環(huán)流量4.1再循環(huán)對降膜蒸發(fā)器換熱性能的影響圖4.2不同再循環(huán)流量下的制冷劑蒸發(fā)量和再循環(huán)系數(shù)的變化情況隨著制冷劑液體再循環(huán)流量的增加，制冷劑液體的再循環(huán)系數(shù)隨之增大；與此同時，當再循環(huán)流量在0.67kg/s~1.0kg/s范圍內(nèi)時制冷劑蒸發(fā)量首先急劇上升，在1.0kg/s~1.3kg/s范圍內(nèi)時制冷劑蒸發(fā)量緩步上升。再循環(huán)流量4.1再循環(huán)對降膜蒸發(fā)器換熱性能的影響圖4.3不同再循環(huán)流量下實際制冷量和冷凍水出口溫度的變化情況在0.67~1.30kg/s范圍內(nèi)液體再循環(huán)流量的增加導致了冷卻水出口溫度的輕微下降，而且隨著制冷劑液體再循環(huán)流量的增加，蒸發(fā)器的制冷量先急劇增大，然后緩慢上升。這說明制冷劑液體流量的過量供給對于進一步提高降膜蒸發(fā)器制冷量是無效的。制冷劑蒸發(fā)量4.2一級與二級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器對比分析圖4.4不同再循環(huán)流量情況下一級再循環(huán)和二級再循環(huán)制冷劑蒸發(fā)量的變化情況在0.67~0.80kg/s范圍內(nèi)，隨著制冷劑再循環(huán)流量的增加二級再循環(huán)制冷劑的蒸發(fā)量大于一級再循環(huán)，但增加量不明顯；在0.81~1.60kg/s范圍內(nèi)一級再循環(huán)制冷劑蒸發(fā)量反超二級再循環(huán)，并在一定程度上有所增大。制冷劑蒸發(fā)量4.2一級與二級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器對比分析圖4.5不同再循環(huán)流量情況下一級再循環(huán)和二級再循環(huán)制冷劑蒸發(fā)量的變化情況在1.40~1.53kg/s范圍內(nèi)，隨著制冷劑再循環(huán)流量的增加二級再循環(huán)制冷劑的蒸發(fā)量大于一級再循環(huán)；在1.53~2.87kg/s范圍內(nèi)一級再循環(huán)制冷劑蒸發(fā)量反超二級再循環(huán)，并在一定程度上有所增大。綜合降膜因子4.2一級與二級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器對比分析圖4.6不同再循環(huán)流量情況下一級再循環(huán)和二級再循環(huán)綜合平均降膜因子的變化情況一級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器的制冷劑再循環(huán)流量在達到2.62kg/s時，而二級再循環(huán)的制冷劑再循環(huán)流量在達到3.95kg/s時，綜合平均降膜因子才達到1。說明為使管束完全濕潤所需的制冷劑液體再循環(huán)流量大于一級再循環(huán)結(jié)構(gòu)，是一級再循環(huán)所需制冷劑再循環(huán)流量的約1.5倍。單元降膜因子4.2一級與二級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器對比分析圖4.7不同再循環(huán)流量情況下Φ2,10和Φ4,10單元降膜因子的變化情況二級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器的底部換熱管束雖實現(xiàn)設(shè)計初衷局部“干斑”減少，但效果并不顯著，且出現(xiàn)一級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器的上部換熱管束的濕潤情況明顯優(yōu)于二級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器。5結(jié)論與展望若試圖完全消除降膜蒸發(fā)器換熱管束表面存在的“干斑”現(xiàn)象，則再循環(huán)系數(shù)Rl的數(shù)值需大于1.5。1結(jié)論降膜蒸發(fā)器的最佳再循環(huán)系數(shù)Rl約為1.2，使得降膜蒸發(fā)器制冷劑蒸發(fā)量有效穩(wěn)定且節(jié)省制冷劑用量，對應(yīng)的綜合平均降膜因子約為0.78。2只有在制冷劑液體再循環(huán)流量較小的情況下，采用二級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器相比于一級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器有一定加強換熱性能的效果，制冷劑蒸發(fā)量略有增大。4對于給定換熱管束的降膜蒸發(fā)器，應(yīng)該具有合適的制冷劑液體再循環(huán)流量值，使得降膜蒸發(fā)器換熱性能更高且避免制冷劑的過量浪費。35結(jié)論與展望對于相同管束排布的降膜蒸發(fā)器，若要使得降膜蒸發(fā)器的換熱管束全部濕潤，二級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器所需制冷劑是一級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器的約1.5倍，制冷劑充注量增加。5結(jié)論二級再循環(huán)降膜蒸發(fā)器的底部換熱管束雖實現(xiàn)設(shè)計初衷降膜情況優(yōu)于一級再循環(huán)結(jié)構(gòu)，但效果并不顯著，且出現(xiàn)上部換熱管束局部“干斑”現(xiàn)象加劇。65結(jié)論與展望1、為方便計算本課題忽略了制冷劑增大過程中換熱管束外壁面液膜厚度增加的影響，而在實際過程中液膜厚度的變化對降膜蒸發(fā)器的影響還有待研究。2、通過多方位研究和探索搭建一套良好的、高效精確的試驗設(shè)置及測量裝置，雖然受限很多但要全力以赴，以便于將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗