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气汽混合流凝结液膜厚度分布及对换热特性的影响的综述报告 气汽混合流是许多工业系统中普遍存在的一种复杂的现象,如化学反应器、石化工厂、燃煤电站等。由于混合流的复杂性,许多影响换热特性的因素只能通过实验或数值模拟来研究。其中一个关键因素就是凝结液膜厚度分布。 凝结液膜的形成是由于气体和水汽混合后冷却,水汽就会与气体反应而产生凝结。而液体膜的厚度通常被认为是影响传热的一个重要因素。较厚的液膜将影响传热系数、传热速率以及传热强度。因此,深入研究气汽混合流凝结液膜厚度分布及其对换热特性的影响至关重要。 在实验研究中,许多研究者通过测量不同位置的液膜厚度来了解其分布。Poff、Wirtz等在其研究中发现,在产生液膜的表面上,液膜厚度非常薄,通常不到1微米;而在液膜下面,由于液膜薄而定量地产生了一个较大的液膜,其厚度约为100微米。液膜下方,液态水的存在使得液膜的厚度逐渐减小,直到没有液膜。Hsieh等也通过对液膜厚度的测量,发现液膜对传热的贡献通常只有几个百分点,主要还是气体对传热的贡献。 除了实验测量,数值模拟也成为研究气汽混合流凝结液膜厚度分布及其对换热特性的一种有效方法。Cassel等人在其研究中采用计算流体力学(CFD)模拟了气体和水汽混合流的传热过程。他们发现,液膜的分布受多种因素影响,如表面张力、气体速度、液体流动等。在模拟中,他们发现液膜的厚度经常取决于剪切应力。一个较小的剪切应力(高粘性)将导致较厚的液膜,反之则会导致液膜变薄。 除了液膜厚度的影响,液膜形态对换热特性也有很大的影响。Park等人在其研究中利用CFD模拟气体和水汽混合流在垂直圆管中的传热。他们发现,在水汽量小于气流量时,液膜的形态是不规则的,对传热的影响较小;而当水汽量增加时,液膜逐渐变为规则的环形,且能更有效地促进传热。这是因为液膜的环形结构增加了所占面积,使得液体更容易与气体接触。 最后,值得注意的是,凝结液膜厚度分布及其对换热特性的影响与传热器的设计有密切关系。在研发传热器时,考虑液膜的分布及其对传热的影响将会是非常重要的。通过计算和模拟,可以确定不同传热器设计参数(如管子间距、管子直径、液膜流量等)对液膜形态和厚度分布的影响,从而优化传热器性能。 综上,深入研究气汽混合流凝结液膜厚度分布及其对换热特性的影响对于实现高效能的传热器和提高工业热能利用率具有重要意义。