卧式螺旋管内过冷沸腾起始点的实验研究.docx

卧式螺旋管内过冷沸腾起始点的实验研究
摘要：
本文针对卧式螺旋管内过冷沸腾起始点进行了实验研究。通过建立实验模型和测量方法，对管内过冷沸腾的起始点进行了测量和分析。实验结果表明，起始点受到多种因素的影响，如超热度、壁面性质、液体流速等。本文还探讨了起始点对传热性能的影响，提出了进一步改善过冷沸腾传热性能的方法。
1.引言
卧式螺旋管是一种广泛应用于化工和制药工业的传热设备。在实际应用中，螺旋管内常常出现过冷沸腾现象，其特点是液体在高于其饱和温度的状态下仍处于液态。过冷沸腾现象的出现，一方面会增加传热系数和传热强度，另一方面也会影响传热器的稳定性和寿命。因此，研究卧式螺旋管内过冷沸腾起始点是十分必要的。
2.实验模型和测量方法
本实验采用了直径为16mm、长度为5m的卧式螺旋管作为实验模型，液相为蒸馏水，管内气相为氢气。为了测量过冷沸腾起始点，使用了高速摄像技术，通过记录螺旋管内过冷沸腾的过程，分析液相变化，以确定起始点。同时，还记录了管外壁面温度和管内气相温度等参数。
3.实验结果和分析
3.1超热度对过冷沸腾起始点的影响
实验结果表明，超热度是影响过冷沸腾起始点最重要的因素之一。当超热度较小时，液体表面张力作用的影响较大，导致液相静态接触角大，阻碍泡形的生成。当超热度增大时，液体表面张力的影响减小，使得泡形生成更容易。因此，当超热度较大时，液相静态接触角减小，起始点较低。
3.2壁面性质对过冷沸腾起始点的影响
壁面材料的性质也会影响过冷沸腾起始点。实验结果表明，当管内壁面为金属材料时，起始点相对较低；当壁面为陶瓷材料时，起始点相对较高。这是因为金属材料的热传导性能好，可以使得管内温度分布均匀，泡形生成更容易；而陶瓷材料的热传导性能差，导致温度梯度大，影响泡形的生成。
3.3液体流速对过冷沸腾起始点的影响
液体的流速对过冷沸腾起始点的影响并不显著。但是，当流速较大时，会产生流动的搅拌效应，增加液相与气相的接触面积，从而使得泡形的生成更加容易。
4.起始点对传热性能的影响及改善方法
实验结果显示，过冷沸腾起始点对于传热性能的影响十分显著。当起始点较低时，传热系数和传热强度也相应增加。针对过冷沸腾起始点的调控，可以采取以下方法：
（1）通过改变超热度，控制液相的静态接触角，使得泡形生成更加容易；
（2）选用热传导性能好的金属材料作为螺旋管的壁面，使得温度分布均匀，泡形的生成更容易；
（3）在液体流速保持一定范围的基础上，通过改变管内气体的流速或气体种类等方法，增加气液接触面积，提高泡形的生成率。
5.结论
通过实验研究，本文对卧式螺旋管内过冷沸腾起始点进行了深入探讨，揭示了各种因素对起始点的影响。同时，本文还提出了针对过冷沸腾起始点的调控方法，为进一步改善传热性能提供了可行的途径。