１２海湖鹽與化工第３４卷第４期降膜蒸發(fā)器篩板式液體分布裝置的實驗研究趙斌，張及瑞，趙景利（河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，天津３００１３０）摘要：介紹了適用于大型水平管降膜蒸發(fā)器的篩板式液體分布裝置。以不同濃度、不同粘度、不同溫度的水溶液進行了模擬實驗。通過分析實驗結(jié)果，找出了影響液體分布的因素并分析了其影響，給出了在一定操作條件下適合于該分布器的流量范圍。關(guān)鍵詞：降膜蒸發(fā)器；水平管；液體分布；篩板式液體分布器中圖分類號：ＴＱ０５２．６文獻標(biāo)識碼：Ａ文章編號：１００ｌ一２２１４（２００５）０４—００１２—０３ＴｈｅＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＬｉｑｕｉｄＤｉｓｔ訂ｂｕｔｏｒｏｆＦａＵｉｎｇＦｉｌｍＥｖａｐｏｒａｔｏｒＺＨＡＯＢｉｎ，ＺＨＡＮＧＪｉ—ｍｉ，ＺＨＡＯＪｉｎｇ—ｌｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１３０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｍｃｔ：ｎｅｓｉｅｖｅ—ｐｌａｔｅｌｉｑｕｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒｉｓａｎｅｗ呻ｅ０ｆｌｉｑｕｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒｗｈｉｃｈｉｓｓｕｉｔ－ａｂｌｅｆｏｒｔ｝Ｉｅｌａｒｇｅ—ｓｉｚｅｄｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ—ｔｕｂｅｆ扭ｉｎｇ—ｆｉｌｍｅｖ印眥ｔｏｒｗ齬ｉｌｌｕ８ｔｒ砒ｅｄａｎｄｔｅｓｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐ叩ｅｒ．Ｔｈｅｉｍｉｔａｔｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｔｌｌｅｓｌｏｔｔｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒｗａｓｍａｄｅｗｉｔｌｌｄｉｆ伯ｒｅｎｔｃｏｎｓｉｓｔｅｎｅｙｏｆｗａ－ｔｅｒ８０ｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｄｉ船ｒｅｎｔｖｉｓｃｏｓｉｔｙ蛐ｄｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅ．鴨ｅｒｅｍａｒｋａｂｌｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｉｓｌｉｑＩｌｉｄｄｉ８ｔｒｉｂｕｔｏｒｗｅｒｅｆｏｕｎｄｏｕｔａｆｔｅｒｔｌｌｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅ８ｉｍｕｌ砒ｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｍａｌｒｅｓｕｌｔ阻ｄｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｎｏｗ—ｒ?。纾澹鞔幔欤螅铮穑颍澹螅澹睿簦澹洌酰睿洌澹颍簦瑁澹纾椋觯澹睿铮穑澹恚簦椋铮睿幔欤悖铮睿洌椋簦椋铮睿耍澹鳎铮颍洌螅河|ｌｉｎｇ—ｆｉｌｍｅｖａｐｏｒａｔｏｒ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ—ｔｕｂｅ；ｌｉｑｕｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｌｉｑｕｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ１引言降膜蒸發(fā)器良好運行的條件之一是液體沿?fù)Q熱管均勻分布。為了滿足均勻分布的要求，必須在加熱管上端設(shè)置一個良好的液體分布器。首先，從傳熱角度來說，如果液體在管間分布不均，勢必造成有些管子給液不足，而有些管子液膜過厚。在蒸發(fā)過程中，在相同熱負(fù)荷作用下，給液不足的管子可能會結(jié)垢、燒焦，其至出現(xiàn)“干壁”現(xiàn)象，而液膜過厚的管子卻因傳熱量不足而不能充分傳熱，所有這些都導(dǎo)致了傳熱情況的惡化。其次，從操作穩(wěn)定性上講，如果不設(shè)置液體分布器或分布器設(shè)計不合理，則降落在換熱管表面上的液體負(fù)荷波動范圍較大，必然會影響傳熱效果。前人曾對豎管降膜蒸發(fā)器的液體分布進行了很多研究¨。］，水平管外降膜蒸發(fā)的傳熱研究者也很多［６］，但對水平管外降膜蒸發(fā)器的液體分布公開的不多。液體分布又是水平管外降膜蒸發(fā)器的非常關(guān)鍵的部件ｏ¨。它一般屬于訣竅與專利范疇，實驗數(shù)據(jù)公布較少，沒有公開的資料可循?；诖耍槍λ焦芡饨的ふ舭l(fā)中的液體分布進行研究是非常有必要的。２組合式液體分布器簡介組合式液體分布器是由排管式和篩板式組合而成，該分布器主要由初始噴淋裝置（直管式和排管式）完成一次分布，篩板式液體分布器完成二次分布裝置。初始分布器主要使液體均勻分布到篩板式液體分布器內(nèi)，而篩板式液體分布器再將液體均勻分布到水平管上。其結(jié)構(gòu)見圖１。收稿日期：２００５—０１—１１第３４卷第４期海湖鹽與化工１３圖１篩板式液體分布器和排管式初始噴淋裝置３實驗流程實驗流程如圖２所示。１．僻｝液曜２送液泵筑盱聲閥４苒爭予流量汁５求曜吲汪｝布器印剜癍芪分布器刈始榭§＆察液槽９Ｊ衣液管ｌＱ集液管１１．回液槽１２］ｌ哺圖２水平管篩板式液體分布實驗流程示意圖送液泵２把貯液罐１中的液體送人管路中，通過調(diào)節(jié)閥門３可改變液體的流量。液體經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計４后，顯示并記錄液體的流量，然后進人液體初始分布裝置一排管式布液器５，液體從主管流人支管，通過支管上的小孑Ｌ噴淋到篩板式分布器６上，液體借助于孑Ｌ口以上液層產(chǎn)生的靜壓推動液體從小孑Ｌ流出，以層流或湍流的狀態(tài)降落到水平換熱管７上，在水平換熱管上呈膜狀流下，流人到集液槽８里，經(jīng)取液管９進入集液管１０，通過對集液管１０的控制在量筒１２內(nèi)可得到一定時間內(nèi)流經(jīng)換熱管的液體量，在不需要測量液體量時，從取液管流出的液體直接進入回液槽，然后流人貯液罐進行循環(huán)。液體蝴熱交換管上分布的均勻程度是評價該分布器結(jié)構(gòu)好壞的主要因素。我們采用液體分布不均勻度系數(shù)“∈”來評價液體在全部換熱管匕分布的均勻程度，液體分布不均勻度系數(shù)越小，分布效果越好。初步考慮影響液體分布不均勻度的因素有：液體的負(fù)荷，粘度（溫度），初始分布器的結(jié)構(gòu)形式等。４實驗結(jié)果與分析４．１液體負(fù)荷的影響通過實驗，得到了液體負(fù)荷與液體分布不均勻度的關(guān)系如圖３所示。分布不均勻度系數(shù)同流量的關(guān)系有一定的規(guī)律性。對該分布裝置而言，在較小流量時，隨流量的增大，分布不均勻度系數(shù)謄急劇減小，在大流量時，變化比較緩慢，在某一點達到最小值，然后再由小變大，但其值仍在較小范圍內(nèi)變化。由此，對某一分布裝置，可以找出其合適的流量范圍。對于分布裝置，一般控制其分布不均勻度系數(shù)小于１０％。同時可以看出，只有在較小流量時，分布不均勻度系數(shù)的值才會較大，該分布裝置適用于大流量操作?！辏ǎィǎィ﹫D４液體粘度與分布不均勻的關(guān)系如圖４所示，在實驗條件范圍內(nèi)對該分布裝置用不同粘度的料液進行實驗，可以看出：從總體上講，在相同的流量下，在較小流量時出現(xiàn)用清水作為料液的液體分布不均勻度系數(shù)比用一定粘度的甘油溶液作為料液的分布不均勻度系數(shù)要小。在較大流量時，隨著粘度的增加，液體分布不均勻度系數(shù)有所下降。這主要是因為，液體粘度會導(dǎo)致液體表面張力的增大，在較小流量時，液面高度較低，表面張力與重力及液柱靜壓的作用不能互相平衡，致使液體不能順暢流下，引起分布不均勻度系數(shù)的增大，隨著流量的增大，液柱靜壓的作用逐漸增強，液體從小孔均勻流下，噴淋到換熱管上后，在粘度增加的情況下，液體更容易保持連續(xù)的液膜，故液體分布不均勻度系數(shù)有所下降。４．３初始分布器結(jié)構(gòu)形式對液體分布不均勻度的影響初始分布器結(jié)構(gòu)形式對液體分布不均勻度的影：贏１４海湖鹽與化工第３４卷第４期響如圖５（液體粘度斗＝２．５０ｃｐ）、圖６（液體粘度斗＝１．６２ｃｐ）所示。熱．蘭蓍熟器４｛氐ｘ排管式分布器３｛＼＼．ｉ照Ｑ㈣０．ＬＩ一廣＇．ｒ一一－ｒ＿，，一一ｒ，－ｒ，，—－．ｒ，１，Ｖ怛”叫０６０８１０１２１４１６１暑２０２２掣（１８Ｉ【咖?ｓ）圈５分布器結(jié)構(gòu)形式對液體不均勻的影響∈（％）布器布器圈６初始分布器結(jié)構(gòu)形式對液體不均勻的影響通過對實驗所得到的實驗數(shù)據(jù)進行分析，可以看出，排管式初始分布裝置的分布效果，從總體上來講，比直管式的分布效果要好。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析研究，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流量較小時，正對直管式分布器的管子的流量比其它管子的流量小很多，而當(dāng)流量增大時，中心管子的流量比其它管子的流量要大。這主要是因為，從直管式初始分布裝置噴淋下來的液體集中噴淋到下面的多孔槽上，液體對多孑Ｌ槽中直接噴淋處的液體有一定的沖擊作用，故該處和其他各處的流量分布表現(xiàn)出一定的不均勻性。當(dāng)流量較小時，槽內(nèi)液面高度比較小，在液體沖擊作用下，中心管子處出現(xiàn)無液區(qū)，故流量變小，隨流量的增大，槽內(nèi)液面逐漸增高，從中心管噴淋下來的液體沖擊作用在液面上，對液面的沖擊作用加上液面產(chǎn)生的靜壓而使中心管處的液流流量增大。而從排管式初始分布裝置噴淋下來的液體比較均勻地分散到多孔槽上，其分布效果較直管式的分布效果要好。５實驗結(jié)論（１）該篩板式液體分布器的結(jié)構(gòu)簡單、加工安裝方便、易于清洗、操作穩(wěn)定可靠、有較好的分布效果，適用于大型水平管降膜蒸發(fā)器。．（２）在實驗條件下，該篩板式液體分布器的最小液面高度ｈ。；。＝１５ｍｍ一２０ｍｍ。在最小液面高度以上，分布不均勻度系數(shù)變化不大，其數(shù)值一般在１０％以下，因而有較大的操作范圍。同時，增加堰高可拓寬分布器的操作范圍。（３）粘度越大，分布不均勻度系數(shù)越?。涣髁吭酱?，分布不均勻度系數(shù)越小；且流量越大，液體通道不易堵塞，故該篩板式液體分布器適于進行大流量操作。由實驗結(jié)果可得出，該分布器在流量大于１．０ｍ３／ｈ時，其分布效果較好。（４）采用非均勻開孔的排管式初始液體分布器比均勻開孔的直管式液體分布器的分布效果要好。［參考文獻］［１］李人林，趙龍濤，石昌．硼酸母液蒸發(fā)器的設(shè)計及應(yīng)用［Ｊ］．海湖鹽與化工。２００２，３１（４）：２０一２３．［２］史曉平．豎管降膜蒸發(fā)器的布料裝置［Ｊ］．化學(xué)工程，１９９０，３０（４）：１２—１８．［３］趙景利．豎管降膜蒸發(fā)器多層篩板液體分布裝置研究［Ｊ］．化工機械，１９９５，２４（２）：１３—１８．［４］趙景利．多層篩板液體分布裝置研究［Ｊ］．河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，１９９５，２４（２）：１３—１８．［５］許莉．水平管降膜海水淡化多效蒸發(fā)傳熱的研究［ｃ］．天津大學(xué)博士研究生論文，１９９９．［６］湯恩旗，等．液體管外降膜的研究及應(yīng)用［Ｊ］．化學(xué)工程，１９９６，２４（５）：３２—３６．［７］趙元軍．降膜蒸發(fā)器布膜器的設(shè)計［Ｊ］．化工機械，１９９９，３６（２）：１１—１３．（上接第５頁）［參考文獻］［１］鄭綿平．論中國鹽湖［Ｊ］．礦床地質(zhì)，２００ｌ，２０（２）：１８１．１８９．［２］楊建元，張勇，程溫瑩，蔣秀川．西藏扎布耶鹽湖鹵水２５℃等溫蒸發(fā)研究［Ｊ］．海湖鹽與化工，１９９６，２５（５）：２１—２４．［３］張永生，乜貞，卜令忠，鄭綿平．富鋰碳酸鹽型鹵水在系列冷凍溫度下組成演變［Ｊ］．海湖鹽與化工，２００１，３０（１）：３—６．［４］乜貞，鄭綿平．西藏扎布耶鹽湖夏季鹵水鹽田曬制研究［Ｊ］．地球?qū)W報，２００１，２２（３）：２７１—２７５．［５］黃維農(nóng)，孫之南，乜貞，張永生，ｂ令忠．扎布耶鹽湖鹵水冬季日曬蒸發(fā)試驗［Ｊ］．海湖鹽與化工，２００４，３３（５）：５—９．［６］中國科學(xué)院青海鹽湖所分析室．鹵水和鹽的分析方法，第二版［Ｍ］．北京：科學(xué)出版社，１９８８．［７］馬欣華．鹵水化工［Ｍ］．北京：科學(xué)出版社，１９９５．１４７．［８］房春暉，等．Ｎ８＋、Ｋ＋∥ｃｌ＋、ｓｏｉ一、ｃｏｊ一一Ｈ２０五元體系２５℃介穩(wěn)相圖的研究［Ｊ］．化學(xué)學(xué)報，１９９１，（４９）：１０６２—１０７０．降膜蒸發(fā)器篩板式液體分布裝置的實驗研究作者：趙斌，張及瑞，趙景利，ZHAOBin，ZHANGJi-rui，ZHAOJing-li作者單位：河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,天津,300130刊名：海湖鹽與化工英文刊名：SEA-LAKESALT&CHEMICALINDUSTRY年，卷(期：2005，34(4被引用次數(shù)：1次參考文獻(7條1.李人林.趙龍濤.石昌硼酸母液蒸發(fā)器的設(shè)計及應(yīng)用[期刊論文]-海湖鹽與化工2002(042.史曉平豎管降膜蒸發(fā)器的布料裝置1990(043.趙景利豎管降膜蒸發(fā)器多層篩板液體分布裝置研究1995(024.趙景利多層篩板液體分布裝置研究1995(025.許莉水平管降膜海水淡化多效蒸發(fā)傳熱的研究[學(xué)位論文]19996.湯恩旗液體管外降膜的研究及應(yīng)用1996(057.趙元軍降膜蒸發(fā)器布膜器的設(shè)計1999(02相似文獻(10條1.會議論文何茂剛.王小飛.張穎制冷用水平管降膜蒸發(fā)器的研究進展及新技術(shù)2008本文針對制冷系統(tǒng)中使用的水平管降膜蒸發(fā)器,進行了包括管間流型、管外繞流成膜特征、氣流、換熱效率等流動和換熱機理的綜述性報道,回顧了水平管降膜蒸發(fā)器的技術(shù)進展。在批判繼承前人研究成果的基礎(chǔ)上,提出了可以解決水平管降膜蒸發(fā)器內(nèi)部流動穩(wěn)定性、均勻性,有效避免局部干涸等難題的新型技術(shù)－帶有導(dǎo)流和二次布液裝置的水平管降膜蒸發(fā)器技術(shù)。2.學(xué)位論文翟玉燕水平管式降膜蒸發(fā)器性能仿真及優(yōu)化分析2009在制冷空調(diào)領(lǐng)域相對于滿液式蒸發(fā)器，水平管外降膜蒸發(fā)器具有換熱性能好，制冷劑充注量少等優(yōu)點，但其應(yīng)用卻并不十分廣泛。此情況部分是由于位于頂部的制冷劑液體分配器的設(shè)計較復(fù)雜。更主要的原因在于，在制冷空調(diào)行業(yè)具有幾十年歷史的滿液式蒸發(fā)器，由于經(jīng)驗豐富允許其得以不斷優(yōu)化；而對水平管式降膜蒸發(fā)器傳熱表面、管束布置、運行工況等方面的研究卻很少，很難對其進行優(yōu)化。因此通過對水平管式降膜蒸發(fā)器性能的優(yōu)化分析，為其設(shè)計和運行提供理論指導(dǎo)就顯得尤為重要。在查閱大量的關(guān)于水平管式降膜蒸發(fā)傳熱性能實驗研究和仿真計算研究資料的基礎(chǔ)上，本文建立了水平管式降膜蒸發(fā)器蒸發(fā)傳熱的分布參數(shù)模型，考慮了蒸發(fā)器性能沿管內(nèi)流體流動方向、管排垂直方向及管排水平方向的變化，以及換熱管發(fā)生干斑現(xiàn)象時對降膜蒸發(fā)的影響。在此模型中采用了Roques通過一系列實驗和分析得到的水平管外降膜蒸發(fā)傳熱系數(shù)計算公式。利用所建模型分別對兩臺水平布置和豎直布置樣機進行了仿真計算，計算的蒸發(fā)器總制冷量和管側(cè)壓降與試驗結(jié)果吻合良好?？疾炝藫Q熱管種類、管束布置（包括管子排列方式、管子具體位置和降膜區(qū)垂直管間距）、制冷劑液膜質(zhì)量流量、管程布置以及滿液位置等對降膜蒸發(fā)器性能的影響。最后根據(jù)分析結(jié)果提出了一些可以優(yōu)化此類蒸發(fā)器性能的措施。本文還根據(jù)所提出的蒸發(fā)器性能優(yōu)化措施以及管殼式換熱器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和手冊中的相關(guān)資料，開發(fā)了可用于水平管式降膜蒸發(fā)器設(shè)計的初步軟件，另外把性能仿真部分也編入軟件中。通過軟件設(shè)計結(jié)果與已經(jīng)過試驗測試的豎直布置樣機之間的對比，說明了程序具有實用性和一定的優(yōu)化功能。從而也驗證了通過性能優(yōu)化分析所總結(jié)的，水平管式降膜蒸發(fā)器性能優(yōu)化措施的實用性，為其設(shè)計提供了理論依據(jù)。3.期刊論文劉廣彬.李連生.阮并璐.趙遠揚.束鵬程.LiuGuangbin.LiLiansheng.RuanBinglu.ZhaoYuanyang.ShuPengcheng水平管降膜蒸發(fā)器的研究進展-制冷與空調(diào)2008,8(3介紹應(yīng)用于制冷空調(diào)系統(tǒng)的水平管降膜蒸發(fā)器的基本原理與結(jié)構(gòu),給出管間流動模式及傳熱預(yù)測模型的研究現(xiàn)狀,分析布液器及管陣布置方式對其性能的影響,為設(shè)計制造降膜蒸發(fā)器提供一定的參考.4.會議論文王小飛.何茂剛.范華亮.張穎水平管降膜蒸發(fā)器換熱性能的模擬計算2008本文采用效能單元(ε-NTU法針對應(yīng)用于制冷系統(tǒng)的水平管降膜蒸發(fā)器進行了換熱性能計算。在綜合考慮管外核沸騰、局部干涸現(xiàn)象對換熱影響的基礎(chǔ)上建立計算模型，并分別對光滑管、Turbo-BII管、Gewa-B管和High-Flux管四種不同管型構(gòu)成蒸發(fā)器的換熱性能進行了計算，對比了不同管間距和制冷劑流量條件下四種管型蒸發(fā)器的換熱性能并探討了換熱機理。計算結(jié)果顯示未考慮局部干涸現(xiàn)象的模型會高估蒸發(fā)器換熱性能，本文計算模型更加精確。5.會議論文馬一太.田華水平管降膜蒸發(fā)器蒸發(fā)機理分析2009水平管降膜蒸發(fā)器是一種新型蒸發(fā)器，其傳熱效率高、制冷劑充注量少、設(shè)備體積小、回油性能好，應(yīng)用于制冷空調(diào)系統(tǒng)具有較大的前景。然而其流動和換熱極為復(fù)雜，本文首先對管外制冷劑流態(tài)進行分析，建立了液膜流動模型，然后對換熱關(guān)聯(lián)式進行選取，建立蒸發(fā)器的換熱模型。本文最后提出了未來研究的重點，并提出了一些降膜蒸發(fā)器的思路。6.會議論文王小飛.何茂剛.張穎水平管降膜蒸發(fā)器管外液體流動數(shù)值研究2007本文用數(shù)值模擬的方法,研究了冷態(tài)情況下水平管降膜蒸發(fā)器管排數(shù)、管間距及液體初始流速對管外液體成膜情況的影響。建立了二維模型,選用非耦合隱式求解算法,并用體積力加權(quán)插值方法對壓力項進行修正,兩相界面的處理采用VOF跟蹤方法。給出了計算結(jié)果并分析了管外液體成膜情況及液膜分布情況。7.會議論文楊麗.王文水平管降膜蒸發(fā)器傳熱優(yōu)化研究2008基于分布參數(shù)方法，對大型制冷系統(tǒng)中的水平管外降膜蒸發(fā)進行了管束傳熱優(yōu)化數(shù)值模擬計算。在計算中，模型計算了飽和的液態(tài)