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低温地热双循环式发电系统横管喷淋降膜蒸发器传热性能实验研究

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太阳能学报 2022年第7期43卷 493-498页

作者：胡冰郭嘉俊黄斯珉东莞理工学院化学工程与能源技术学院东莞523808 广东省分布式能源系统重点实验室东莞523808

以R245fa为工质,搭建有机朗肯循环(ORC)发电系统横管喷淋降膜蒸发器传热测试平台,研究有机工质喷淋密度,地热水初温及流率等因素对管外换热系数的影响。实验结果表明:随着有机工质喷淋密度、地热水初温、地热水流率的增大,传热系数均先... 详细信息

以R245fa为工质,搭建有机朗肯循环(ORC)发电系统横管喷淋降膜蒸发器传热测试平台,研究有机工质喷淋密度,地热水初温及流率等因素对管外换热系数的影响。实验结果表明:随着有机工质喷淋密度、地热水初温、地热水流率的增大,传热系数均先增大后减小。最后,根据实验结果,对现有横管喷淋降膜蒸发器的管外传热系数经验公式的参数进行修正。

关键词：传热系数地热能蒸发朗肯循环降膜蒸发器横管降膜

横管降膜蒸发器中液柱铺展流动与传热特性的数值研究

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横管降膜蒸发器中液柱铺展流动与传热特性的数值研究

作者：李爽大连理工大学

学位级别：硕士

横管降膜蒸发器具备传热效率高、操作温度低、进料水预处理简单等诸多优点,在海水淡化、制冷技术等诸多产业中得到了大规模的应用。对于横管降膜蒸发流动及传热机理的研究获得了国内外学者的广泛关注,研究者通过实验或数值模拟的方法力... 详细信息

横管降膜蒸发器具备传热效率高、操作温度低、进料水预处理简单等诸多优点,在海水淡化、制冷技术等诸多产业中得到了大规模的应用。对于横管降膜蒸发流动及传热机理的研究获得了国内外学者的广泛关注,研究者通过实验或数值模拟的方法力求探索横管降膜蒸发领域复杂的流场变化及传热规律,同时为横管降膜蒸发器的设计与完善提供指导方向与理论依据。本文建立横管降膜流动与蒸发传热三维数值模型,借助FLUENT软件模拟研究了横管降膜蒸发过程中流体工质水在管外的流动与蒸发传热过程。采用VOF模型精准捕捉液膜表面的动态变化过程,将数值计算结果进行可视化后处理,得到不同参数条件下的管外液膜厚度、液膜速度及管壁局部传热系数的分布情况,依据降膜流动及蒸发传热机理,探讨喷淋密度、蒸发温度及管间距三类参数变化对流动及传热表现的影响规律,同时对上滞止点区域附近液膜的流动及传热变化规律进行着重分析研究。沿横管周向,液膜厚度先逐渐减小后逐渐增大,与力学分析结果相一致,相邻液柱形成的液膜在横管轴向中点截面相互重叠,形成轴向最大液膜厚度的“环状突起”,并在横管底部汇聚形成二次液柱。当喷淋密度增加时,管外各点液膜厚度增大,波峰截面变得更加陡峭高耸。当管间距增大时,液膜厚度减小,但管间距增加引起的液膜厚度差异将逐渐缩小,而后液膜厚度大小趋于一致。在横管顶部与来流液柱交接的颈部区域出现速度滞止,即从来流液柱到横管表面液膜表面速度分布呈现先减小后增大的情况,因此该区域极易产生流体堆积现象。对于液膜扰动剧烈的冲击区和二次液柱生成区,局部传热系数高于其附近区域,液膜速度分布与管外壁面局部传热系数分布变化趋势一致。随着喷淋密度的增加,管外整体换热效果不断提升。流体的蒸发温度升高导致黏度降低,液膜在横管外壁流动铺展速度加快,局部传热系数增大。管间距的增加引起流体到达横管顶部时流动速度的增加,但流动速度增幅逐渐缩小,液膜扰动带来的强化传热作用也将减小。

关键词：横管降膜蒸发液膜厚度局部传热系数数值模拟

基于GA-BP神经网络的横管降膜蒸发传热系数预测

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化工学报 2023年第12期74卷 4840-4851页

作者：马欣蔚牟兴森龙珠沈胜强大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024

由于横管降膜蒸发过程中传热系数的影响因素众多,依靠传统的关联式难以描述其复杂的非线性关系,因此提出利用BP神经网络强大的函数拟合能力构建模型以实现对传热系数的预测,并采用遗传算法进一步优化,建立了GA-BP预测模型,其中输入神经... 详细信息

由于横管降膜蒸发过程中传热系数的影响因素众多,依靠传统的关联式难以描述其复杂的非线性关系,因此提出利用BP神经网络强大的函数拟合能力构建模型以实现对传热系数的预测,并采用遗传算法进一步优化,建立了GA-BP预测模型,其中输入神经网络的参数包括喷淋密度、蒸发温度、管径、管间距和工质盐度。将模型的预测结果与真实值进行对比,同时引入传热关联式作为对照。结果表明,GA-BP模型的平均绝对百分比误差(MAPE)仅为8.10%,相比原始BP神经网络降低了31.93%,预测精度较传统的传热关联式提升70%左右。可见神经网络方法在非线性系统建模方面具有较大优势,能够有效预测横管降膜蒸发传热系数,为进一步优化工况参数、提高蒸发器的传热性能提供了可靠依据。

关键词： BP神经网络遗传算法传热预测横管降膜蒸发

溴化锂吸收式制冷系统水平管外降膜蒸发强化传热性能研究

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溴化锂吸收式制冷系统水平管外降膜蒸发强化传热性能研究

作者：王文韬长安大学

学位级别：硕士

溴化锂吸收式制冷机组具有节省能源、环境友好、可利用余热等优点,但是和蒸汽压缩式制冷相比,偏低的能效比不利于吸收式制冷的发展,所以需要提升其能效比。蒸发器是热量交换的部件之一,制冷剂在真空环境下沿水平管降膜流动。本文主要从... 详细信息

溴化锂吸收式制冷机组具有节省能源、环境友好、可利用余热等优点,但是和蒸汽压缩式制冷相比,偏低的能效比不利于吸收式制冷的发展,所以需要提升其能效比。蒸发器是热量交换的部件之一,制冷剂在真空环境下沿水平管降膜流动。本文主要从理论分析和数值模拟的角度研究较低喷淋密度下降膜蒸发流动和传热过程的影响因素,提出一种工艺简单、成本较低的包覆金属丝网强化换热管并对其强化传热能力进行验证。首先,本文对水平管外降膜蒸发建立物理模型和基本控制方程,经简化假设后得出液膜流动和传热相关的关联式:k=λ/δ=λ/(?),并分析液膜各参数与圆周角、喷淋密度等的变化关系:(1)增大圆周角,液膜厚度先减小后增加且在90°达到最小值;增大喷淋密度,液膜厚度逐渐增大。(2)增大圆周角,液膜总速度先增大后减小且在90°达到最大值;增大喷淋密度,液膜总速度增大。(3)增大圆周角,热边界层厚度增加;增大喷淋密度,热边界层厚度减小。(4)增大圆周角,局部传热系数减小;增大喷淋密度,局部传热系数增大。其次,在验证模型有效性和开展实验测量实际接触角后,本文使用ICEM软件进行网格划分,使用Fluent软件模拟较低喷淋密度下溴化锂吸收式制冷循环降膜蒸发过程中的双排水平管在不同条件下的流动和传热情况,分析得到不同喷淋密度、布液高度、管径、管间距条件下的最佳传热工况:(1)增大喷淋密度,液膜厚度和流动速度增大,液膜过余温度降低,在喷淋密度(?)为0.1 kg/(m·s)时的传热情况最为理想。(2)增加布液高度,液膜厚度降低,液膜流速增大,液膜过余温度的变化情况不是很大,在布液高度h为15 mm时的传热情况最为理想。(3)增大管径,液膜厚度降低,液膜流速和过余温度增大,在管径d为20 mm时的传热情况最为理想。(4)增大管间距,液膜厚度降低,液膜流速和过余温度增大,在管间距s为15 mm时的传热情况最为理想。最后,本文对与圆管具有相同换热面积的单排椭圆管和包覆金属丝网强化换热管的降膜蒸发性能进行数值模拟。经计算长短轴比为1.6的椭圆管的平均过余温度Θ与圆管相比提升了18.4%;丝径为0.05 mm、丝网目数为10的强化传热圆管的平均过余温度Θ与常规圆形光管相比提升了32.1%,验证了包覆金属丝网强化换热管确实能提高传热能力,但不代表在其他工况下其传热能力强于椭圆管。此外,研究结果表明,丝网目数与传热能力之间存在最优化关系。丝网目数过大时,丝网阻力大于重力的切向分力,液膜将提前离开壁面,增大“干斑”面积,使传热性能恶化;丝网目数过小时,流动和传热情况基本和光滑圆管无异。而椭圆形光管相对于常规圆管而言,液膜脱离形成的“干斑”面积更小甚至没有,与圆管相比,对于降膜流动与传热具有一定优势。

关键词：吸收式制冷横管降膜降膜蒸发包覆丝网强化传热

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环己醇精馏系统再沸器技术改造

河南化工 2022年第5期39卷 42-43页

作者：李迎春宁永亮祝捷平顶山市神马万里化工股份有限公司河南平顶山467000 河南省化工研究所有限责任公司河南郑州450052

针对环己醇精馏系统中压蒸汽的消耗量大、能源利用率低、生产成本升高等问题,采用横管式降膜再沸器替代立式列管再沸器方式对精馏系统进行技术改造。依据环己醇汽化过程的传热传质过程和原理,利用横管降膜再沸器换热效率高、结构紧凑、... 详细信息

针对环己醇精馏系统中压蒸汽的消耗量大、能源利用率低、生产成本升高等问题,采用横管式降膜再沸器替代立式列管再沸器方式对精馏系统进行技术改造。依据环己醇汽化过程的传热传质过程和原理,利用横管降膜再沸器换热效率高、结构紧凑、生产现场占用空间小等特点,实施再沸器替代工程技改。大幅减少了精馏过程中压蒸汽的用量,降低了生产成本,取得了很好的经济和社会效益。

关键词：环己醇精馏塔再沸器横管降膜传质传热节能

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低温多效蒸发海水淡化系统性能研究

低温多效蒸发海水淡化系统性能研究

作者：刘大伟大连理工大学

学位级别：硕士

目前,全球大约有25%的人口缺乏保质保量的淡水供应,超过80%的国家存在淡水资源不足的问题。海水淡化技术已经成为解决淡水短缺问题的一条重要途径。低温多效蒸发海水淡化技术是主要的海水淡化方法之一。低温多效蒸发海水淡化系统通常被... 详细信息

目前,全球大约有25%的人口缺乏保质保量的淡水供应,超过80%的国家存在淡水资源不足的问题。海水淡化技术已经成为解决淡水短缺问题的一条重要途径。低温多效蒸发海水淡化技术是主要的海水淡化方法之一。低温多效蒸发海水淡化系统通常被分为顺流、逆流、并流和混流流程。低温多效蒸发海水淡化系统中各效蒸发器的蒸发管的喷淋密度的大小对装置正常运行非常重要,本文的计算分析考虑到工程实际,所有的计算结果都保证各效喷淋密度都满足装置正常运行的要求,即喷淋密度在0.03-0.08kg/（m·s）范围内。在质量和能量平衡方程的基础上,建立了低温多效蒸发海水淡化系统的数学模型,其中包括蒸发器、冷凝器、预热器、海水冷却器和热力压缩器等;考虑了盐水沸点升高及蒸汽流经除沫器以及在效间通道和管束中流动时因阻力而造成的温度损失;海水的物性参数为浓度和温度的函数,饱和蒸汽和淡水的物性参数为温度的函数;针对系统的数学模型编制了计算求解程序。以额定产水量为10000 t/d的系统为例,研究了不同的因素对无热压缩的低温多效蒸发海水淡化混流系统的影响。在其他条件不变的情况下,首效加热蒸汽温度对造水比的影响不大,对蒸发器总面积的影响较大,提高首效加热蒸汽温度有利于降低蒸发器总面积。增加系统效数可以显著提高系统的造水比。建议尽量将预热器放在混流点前,而且越靠近首效越好,尤其是当预热量比较大时,有利于避免蒸发器总面积的急剧增加。对于带热压缩的低温多效蒸发海水淡化混流系统,以额定产水量3500 t/d为例,研究了不同的因素对系统的影响。结果表明：TVC引射蒸汽位置位于混流点位置后一效蒸发器之后时,系统的造水比达到最大值,蒸发器总面积达到最小值。为了减少系统蒸发器的换热面积可以适当的升高首效加热蒸汽的温度。TVC动力蒸汽的状态对系统的造水比的影响较大,对蒸发器总面积的影响不大,提高TVC动力蒸汽的温度和压力将有利于系统造水比提高。当系统可设置的预热器个数有限时,要尽量将预热器设置在TVC引射蒸汽位置以前的位置,而且越靠近首效越好,这样既有利于提高系统造水比,也有利于降低蒸发器总面积,有助于降低海水淡化成本。对无热压缩的低温多效蒸发海水淡化混流和并流系统进行了对比研究。在其他条件相同的情况下,混流系统的造水比始终高于并流系统,混流系统和并流系统的造水比都随系统效数的增加而增加。混流系统的蒸发器总面积随效数的变化幅度不大,而并流系统的变化幅度较大。两系统的造水比和蒸发器总面积都随首效加热蒸汽温度的升高而减小,但变化幅度不大。混流系统和并流系统的造水比和蒸发器总面积都随额定产水量的增加而增加,但是,增加系统的额定产水量将导致混流系统的造水比和蒸发器总面积相对于并流系统的优势降低。对带热压缩的低温多效蒸发海水淡化混流和并流系统进行了对比研究。结果表明：在相同的条件下,混流流程的系统造水比具有相当大的优势,但需要的蒸发器换热面积也较大。带TVC的混流流程受TVC引射蒸汽位置的影响较大。首效加热蒸汽温度对混流和并流系统的造水比和蒸发器总面积的影响都不大,对并流系统的影响要略强于混流系统。混流和并流系统的造水比受TVC动力蒸汽参数的影响都很大,蒸发器总面积受TVC动力蒸汽参数的影响都很小。混流系统受TVC动力蒸汽参数的影响更大一些。预热位置越靠前混流和并流系统的性能会越好,混流系统受预热位置的影响更大一些。

关键词：低温多效蒸发海水淡化混流横管降膜蒸汽喷射器

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顶部带螺旋结构的离心喷嘴的数值研究

顶部带螺旋结构的离心喷嘴的数值研究

高等学校工程热物理第十届全国学术会议

作者：郭松沈胜强大连理工大学能源与动力学院

利用VOF模型、realizable k-ε湍流模型,对一种顶部带有螺旋结构的离心式喷嘴进行了数值模拟研究。分析了水和空气在喷嘴内部的速度和压力特性;对螺旋结构附近的流场进行了单独分析;利用周向平分区域的质量流量分布以及喷嘴出口下方不... 详细信息

利用VOF模型、realizable k-ε湍流模型,对一种顶部带有螺旋结构的离心式喷嘴进行了数值模拟研究。分析了水和空气在喷嘴内部的速度和压力特性;对螺旋结构附近的流场进行了单独分析;利用周向平分区域的质量流量分布以及喷嘴出口下方不同水平面上水质量流量的质心分布,对此种喷嘴的喷淋均匀性进行了研究并与没有螺旋顶部的喷嘴进行了对比。研究发现,在顶部螺旋结构后方有漩涡存在,喷嘴在周向喷淋不均匀,螺旋结构能够减小喷淋的不均匀性。

关键词：横管降膜布液喷嘴螺旋结构均匀性

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统研究

带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统研究

作者：谢冬雷大连理工大学

学位级别：硕士

带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统由于可以利用低品位的电厂抽汽热量，可以较大的提高了造水比，有效降低了制水成本。本文对带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统进行了研究。针对海水淡化系统横管降膜蒸发器，分别总结了管... 详细信息

带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统由于可以利用低品位的电厂抽汽热量，可以较大的提高了造水比，有效降低了制水成本。本文对带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统进行了研究。针对海水淡化系统横管降膜蒸发器，分别总结了管内冷凝侧与管外蒸发侧的换热系数关联式，比较了管内径、入口蒸汽流速、蒸汽冷凝温度、出口蒸汽干度对管内蒸汽冷凝侧换热系数的影响;研究了传热温差以及喷淋密度对管外蒸发侧换热系数的影响。结合不同的污垢系数，进行了总传热系数的影响因素分析。同时对横管降膜蒸发器冷凝侧管内流动阻力计算进行了总结与分析。针对6种不同流程，在质量守恒和热量守恒方程的基础上，建立了包括蒸发器、冷凝器、预热器、闪蒸罐和喷射器在内的带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统的数学模型。采用基于高斯-约旦消元法的等面积迭代方法对带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统的数学模型进行了求解;利用Visual Basic语言编制了带热压缩的低温多效蒸发海水淡化系统的计算求解程序，该程序针对6种不同的流程既可以进行设计计算也可以进行校核计算，具有良好的通用性和可再植入性且界面友好。利用求解结果，针对进口海水温度、第一效加热蒸汽温度、系统浓缩比、电厂抽汽参数、外界热源预热量以及预热位置、热压缩布置形式等参数对系统性能的影响进行了分析与比较，同时分别针对串联和并联流程、有热压缩和无热压缩的低温多效海水淡化系统方案进行分析。比较了带热压缩的6种低温多效海水淡化的流程，综合考虑，并联4+2流程的综合性能较好，其结果可以指导工程设计与实际运行。

关键词：低温多效蒸发热压缩横管降膜海水淡化

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低温多效蒸发海水淡化装置性能分析

低温多效蒸发海水淡化装置性能分析

作者：张全大连理工大学

学位级别：硕士

众所周知,淡水资源短缺已经成为21世纪的3大环境问题之一。因此,海水淡化技术已成为各国越来越重视的高新技术。本文总结了国内、外海水淡化工作的经验与成果,并在此基础上对低温多效蒸发海水淡化技术做... 详细信息

众所周知,淡水资源短缺已经成为21世纪的3大环境问题之一。因此,海水淡化技术已成为各国越来越重视的高新技术。本文总结了国内、外海水淡化工作的经验与成果,并在此基础上对低温多效蒸发海水淡化技术做了进一步研究。为了减少加热蒸汽消耗,提高生蒸汽的经济性,作者设计了带有冷凝水闪蒸和额外蒸汽引出的低温多效蒸发海水淡化（LT-MED）实验装置,并以此装置为研究对象,建立了低温多效海水淡化系统的物理模型和数学模型。针对海水横管降膜蒸发器结构设计中存在的液膜分布、管簇布置、布液器设计和蒸发过程中的传热等关键问题进行了详细分析。提出了等面积分配和等温差分配两种多效蒸发海水淡化系统的设计方案,通过数学模型的求解,对其性能参数进行了比较。文中从进料方式、各效排放盐水浓度、进料海水温度和生蒸汽温度的变化4个方面,对5效蒸发海水淡化实验装置进行性能计算,讨论了淡水产量、造水比、冷却水量以及换热面积等参数的变化情况。此外,文中还讨论了效数对系统性能的影响,计算结果表明效数的增加有助于系统淡水产量和造水比的提高。上述分析结果对工程实际中生蒸汽参数的调整和系统运行有一定的参考价值。最后,建立了水电联产系统中带有冷凝水闪蒸和额外蒸汽引出的低温多效蒸发海水淡化装置的优化设计模型,分析了效数和系统规模对单位产量淡水成本的影响,并对优化设计系统生产强度与常规设计系统生产强度进行比较,分析结果对指导海水淡化系统设计具有借鉴性。

关键词：低温多效蒸发海水淡化横管降膜造水比