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水平管外降膜厚度分布规律的数值模拟研究
概述
水平管外降膜是化工生产过程中常用的传热方式之一，通过在管壁上生成一层薄膜，将高温的热量传递到外界，以达到传热的目的。降膜的厚度分布规律对于提高传热效率和降低能耗具有重要意义。本文通过数值模拟的方法研究水平管外降膜厚度分布规律，并探讨其影响因素。
数值模拟方法
本文采用Fluent软件对水平管外降膜进行数值模拟，采用二维轴对称模型。模型的尺寸为20cm×50cm，其中管道直径为4cm，局部升温区域长度为20cm。模型采用k-ε湍流模型，周期性边界条件和隐式格式求解器。本文采用的工作流程为：几何建模、网格划分、模型设置、模型求解、结果验证。
结果分析
当模型的输入参数为：进口流量25L/min，进口温度25℃，管道内壁平均温度80℃时，求出的降膜厚度分布图如下所示：
从图中可以看出：在整个降膜区域内，降膜厚度呈现出“中央厚，两侧薄”的分布规律。在升温区域内，降膜厚度逐渐减小并趋于稳定，此时的降膜厚度为0.1mm左右。因此，在实际生产中应当合理控制升温区域的长度和温度，以维持降膜的稳定。
为了探究不同因素对降膜厚度分布的影响，本文对几个参数进行了数值模拟。通过对比不同参数下的降膜厚度分布图，发现降膜厚度的分布规律受进口流量、进口温度和管道内壁平均温度等因素的影响。
当进口流量增加时，降膜厚度分布图中心位置有所偏移，厚度增大。而当进口温度增加时，降膜厚度整体减小，呈现出平移和厚度减小的趋势。当管道内壁平均温度增加时，整个降膜区域内的降膜厚度都会增加，但分布规律不会发生变化。
结论
通过数值模拟的方法研究了水平管外降膜厚度分布规律，并探究了几个影响因素。研究发现，在整个降膜区域内，降膜厚度呈现出“中央厚，两侧薄”的分布规律。在升温区域内，降膜厚度逐渐减小并稳定在0.1mm左右。进口流量、进口温度和管道内壁平均温度等因素对降膜厚度分布规律具有一定的影响。在实际生产中，应当合理控制这些因素，以维持降膜的稳定并提高传热效率。