论文总字数：17404字

摘 要

近年来，面对不断上升的能源价格，人们开始对设备的能耗有了越来越高的要求，所以在工业方面开始人们重视如何改进蒸发器，以期提升效率和性能。

在设计和试验配水系统的过程中发现，从液体分布器中流出的液滴在换热管上很难形成均匀的液膜，一旦无法形成有效的液膜，不仅影响了降膜蒸发器的蒸发效率，同时也会产生干壁现象，降低了蒸发器的使用寿命。因此，本篇论文针对液料在换热管外形成液膜的现象，着重研究柱状流液体在光滑圆管外形成液膜的条件。

本文通过ANSYS软件中CFD模块，分析了喷淋高度以及喷淋密度对于光滑圆管表面柱状流成膜膜厚的影响。

本文主要内容和结论如下：

（1）介绍了管外液膜的相关特性以及研究和发展状况。

（2）介绍了水平管降膜数值模拟的基本理论和方法，利用ANSYS对水平光滑管单元体进行造型，使用CFD软件进行网格划分并设置边界条件，时间步长以和收敛精度。

（3）液膜厚度的单因素模拟，证实当喷淋密度增加或者喷淋高度降低时，会导致液膜厚度增大。

关键词：光滑管 软件建模 成膜条件 结果分析

Condition and Calculation of Cylindrical Flow Film on Smooth Tubes

Abstract

In recent years, with the rising energy prices, people living and industrial equipment, energy requirements are getting higher and higher, people began to attach great importance to improve the evaporator heat transfer performance and evaporation efficiency.

In the process of designing and testing the water distribution system, we found that droplets flowing out of the liquid distributor are difficult to form a uniform liquid film on the heat transfer tubes. Once an effective liquid film can not be formed, not only the falling film evaporator Evaporation efficiency, but also produce dry wall phenomenon, reducing the life of the evaporator. So, in this paper, liquid film is formed outside the heat transfer tube, focusing on the formation of liquid liquid in the smooth liquid outside the column.

In this paper, the influence of spray height and spray density on the film thickness of the columnar flow on the surface of smooth tube was analyzed by CFD module in ANSYS software.

In this paper, the content and conclusions of the study are as follows:

(1) introduced the related properties of the outer membrane and the research and development.

(2) This paper introduces the basic theory and method of numerical simulation of horizontal pipe falling film, uses ANSYS to model the horizontal smooth tube unit body, uses CFD software to divide the grid and sets the boundary condition, time step and convergence precision.

(3) The single factor simulation of film thickness confirmed that the spray height decreased and the film thickness increased with the increase of spray density.

Keywords: Smooth tube lSoftware modeling Film forming condition Result analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究意义及背景 1

1.2 液膜的基本特性 1

1.2.1 水平管间液体流动状态 2

1.2.2 液膜表面波特征 2

1.2.3 流体动力学特性 3

1.2.4 液膜传热特性 3

1.3 国内外研究现状和发展情况 4

1.4 本文主要工作 5

第二章 单管柱状流成膜仿真模型的建立 7

2.1 理论模型的建立 7

2.1.1 简化假设 7

2.1.2 物理模型 7

2.1.3 计算方法 8

2.1.4 网格划分和加密处理 9

2.1.5 物性参数 10

2.1.6时间步长 11

2.2 FLUENT具体参数设置 12

2.3 本章小结 12

第三章 水平管单管柱状流成膜模拟结果分析 13

3.1水平管外液膜厚度的分布特征 13

3.2各因素对液膜厚度的影响 15

3.2.1液膜分布中喷淋密度对膜厚的影响 15

3.2.2液膜分布中喷淋高度H对膜厚的影响 17

3.3本章小结 20

第四章 结论与展望 21

4.1 结论 21

4.2 展望 21

参考文献 23

致 谢 25

绪论

1.1 研究意义及背景

在能源方面，我国的生产水平可排在世界前列^[1]。虽然我国有超过九成的能源能够自给自足，但是我国的经济增长在世界上仅仅排名第六，而经济的提升对自然能源的需求仍然是巨大的。随着我国经济水平的不断提高，经济发展而造成能源紧缺已经成为了人们关注的焦点。

近年来，由于经济发展需要更多的能源，导致了市场上的价格的在不断提高。而蒸发器是工业上大量使用的通用设备，由于工业上正在不断地提高对能耗的要求，使得人们开始高度重视如何能够提升蒸发器的效率。水平管降膜蒸发技术最早发明于上世纪40年代，制糖工业最早申请了相关的专利并使用了它^[2]。上世纪70年代以来，由于战争等各方面因素导致了能源紧缺，使得人们的关注点又重新聚焦于这项技术之上^[3]。降膜蒸发器是一种非常优秀的设备，它的传热性能非常棒，且它的效率非常高，而且相关的设备一般也较小因而能量损失也相对较少且能够将余热充分利用，非常节约能源，因而广泛应用于制冷系统、化工行业、食品工程以及海水淡化等领域。水平管式降膜蒸发器是工业生产中应用最广泛的一种，在实际应用情况下，发现水平管式蒸发器存在长度较短，两边管板较厚的情况，因此，需要重新设计新的配水系统，增加换热管的长度，减薄蒸发器的管板。在设计和试验配水系统的过程中发现，在重力作用下，液体会沿壁面流动，从而形成一层液膜^[4]。在液体流动过程中，膜厚是观察液体流动重要因素，而同时会对传热效率也有重要影响^[5]。从液体分布器中流出的液滴在换热管上很难形成均匀的液膜，一旦无法形成有效的液膜，不仅影响了降膜蒸发器的蒸发效率，同时也会产生干壁现象，降低了蒸发器的使用寿命，因此对液膜厚度的研究对于蒸发器的改进具有非常重要的价值。

1.2 液膜的基本特性

降膜蒸发器蒸发制冷的原理是管内的介质如果需要进行热交换，则在管外通入制冷剂流体，由于管内的温度是远大于管外的，因此会使其产生蒸发，从而形成了热量的交换。如果是薄膜状的液料流动，需要先对介质进行加热处理使其发生汽化，从而产生液相和气相一起进入降膜蒸发器的分离室中，然后再分开进行处理，蒸汽进行冷凝同时液体排出，以便在下一个周期中使用^[6]。

1.2.1 水平管间液体流动状态

在理想条件下，水平管降膜蒸发的喷淋流体随着喷淋密度的增加，会形成三种不同的流动状态，流动模型如图2.1所示。

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