降膜式蒸發(fā)器噴淋布液均勻性數(shù)值研究孫文卿141902009摘要：本章結(jié)合蒸發(fā)式冷凝器噴淋管和噴嘴布液的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立噴淋系統(tǒng)的物理模型，采用FLUENT軟件，分別對不同總噴淋量、不同噴嘴直徑、是否加裝壓力平衡管、等因素變化組合計(jì)算工況下噴淋管內(nèi)的流體流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并用平均相對誤差量化比較和研究了影響噴嘴出口流量均勻性的主要因素。關(guān)鍵詞：降膜蒸發(fā)器、噴嘴布液、壓力平衡管引言水平管降膜蒸發(fā)器是一種正在研究和發(fā)展中的高效換熱部件，其降膜流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)性能的規(guī)律還不十分清楚，故其應(yīng)用和推廣受到較大的制約。本文的核心研究內(nèi)容是設(shè)計(jì)水平管降膜蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)，并尋求其噴淋系統(tǒng)均勻布液的規(guī)律，據(jù)此建立幾何模型和單元數(shù)值仿真模型，初步探索水平管降膜流動(dòng)和蒸發(fā)傳熱傳質(zhì)性能。1、水平管降膜蒸發(fā)器的特點(diǎn)相比于滿液式蒸發(fā)器，水平管式降膜蒸發(fā)器有很多優(yōu)點(diǎn)：（1） 制冷劑的充注量少制冷劑的充注量要比滿液式蒸發(fā)器節(jié)約25%左右，一方面降低了制冷劑的投入和維護(hù)成本，另一方面也大大降低了制冷劑泄漏的概率，從而使制冷劑的篩選范圍擴(kuò)大。（2） 傳熱性能好由于溶液沿管壁呈傳熱效果較好的膜狀流動(dòng)，液膜很薄，且有波動(dòng)性質(zhì)，有利于液膜與管壁間的傳熱。并且在液固、氣液界面上都可能發(fā)生相變，所以降膜蒸發(fā)表現(xiàn)出很高的換熱性能。（3） 傳熱溫差損失小因?yàn)榻的ふ舭l(fā)器沒有液位靜壓引起的沸點(diǎn)升高而帶來的溫差損失。避免了蒸發(fā)器殼體的直徑較大時(shí)液體靜壓力對蒸發(fā)溫度的影響。另外對于密度較大的制冷劑，靜壓高度的影響會(huì)更加顯著。（4） 結(jié)構(gòu)更加緊湊較高的傳熱性能允許蒸發(fā)溫度升高，改善了系統(tǒng)的循環(huán)效率；另外高的傳熱系數(shù)可以減小蒸發(fā)器體積，節(jié)省空間投入成本。改善去油效果因?yàn)樗焦苁浇的ふ舭l(fā)器中潤滑油沉積在蒸發(fā)器底部，直接經(jīng)由回油泵抽出即可。需裝置液體分布器為了使制冷劑沿?fù)Q熱管軸向、環(huán)向均勻連續(xù)布膜，需在換熱管的上方裝置液體分布器。其結(jié)構(gòu)直接影響到液體的分布及成膜質(zhì)量。因而，液體分布器是水平管降膜蒸發(fā)器的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)顯得尤其重要。2、 噴淋布液均勻性數(shù)值研究水平管降膜蒸發(fā)器孔口出流均勻性對傳熱傳質(zhì)效果有直接影響。若蒸發(fā)管束上制冷劑液體分布不均，則液膜較厚處的熱阻較大，液膜較薄處可能會(huì)干壁。換熱管上制冷劑液體布膜均勻性除了受來流液柱分布的影響外，還會(huì)受到慣性力、重力、液固附著力和液體表面張力的影響。其中慣性力以液體質(zhì)量流量形式表現(xiàn)出來。液體質(zhì)量流量越大，則液體表面張力的影響越小。液固附著力以液固接觸角形式表現(xiàn)出來。液固附著力越大，液膜越容易鋪展開。表面張力越大，液體越容易聚集成滴，液膜均勻性越差。矩形布液器的孔口出流主要是液柱重力流動(dòng)，在受液管排上的液體鋪展主要靠液固附著力來進(jìn)行，容易出現(xiàn)液體還未鋪滿就流下去的現(xiàn)象。而工業(yè)上常見的噴嘴出流主要是小液滴錐形區(qū)域噴射流動(dòng)，在受液管排上的覆蓋面較大，即使流量較小，也容易均勻布膜。本章將對噴淋管和噴嘴布液的噴淋問題進(jìn)行數(shù)值模擬，以了解噴淋管和噴嘴布液的若干規(guī)律，為水平管降膜蒸發(fā)器改用噴淋管和噴嘴布液的技術(shù)研發(fā)提供參考。3、 物理模型加裝壓力平衡管后的噴嘴式噴淋系統(tǒng)的物理模型如圖所示。在泵的動(dòng)力輸送下，制冷劑液體經(jīng)y方向的豎直供液管及z方向的水平分配管流到x方向圖中已編號的5根噴淋管內(nèi)。其中，第1，3,5根噴淋管下方各均布15個(gè)噴嘴，第2,4根噴淋管下方各均布16個(gè)噴嘴。在每根噴淋管上方，由5個(gè)均布的壓力平衡孔連通噴淋管與所加裝的壓力平衡管。

噴淋系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸見表所示，其中噴嘴直徑d依研究計(jì)算工況變化。名稱管內(nèi)徑/mm管長/'mm方位及布置數(shù)量些直供液管100L000豎直居中、'向r水平分配管1003000水f，；向r噴淋管501(]000工向，間距600mm均布5管1,3,5：間距600mm均布15x3噴1嘴102,4：間距600mm均布16x2壓力平衡管267200西湍答距分配管14X)0mm5力平衡孔26100間建1800mm灼布5x54、噴淋工況噴淋工況按以下因素變化組合:總噴淋量取Q=100m3/h，200m3/h，300m3/h，400m3/h，500m3/h，噴嘴直徑取d=8mm，12mm，16mm，20mm，再取有無壓力平衡管2種情況，共40種數(shù)值計(jì)算工況。4.1噴淋管布置對噴嘴流量均勻性的影響數(shù)值計(jì)算完成后，提取各工況(Q=100m3/h，d=8mm，無平衡管Q=500m3/h，d=20mm，有平衡管兩種代表性工況)下1號、2號和3號噴淋管的噴嘴出口體積流量數(shù)據(jù)，由此分析各種因素變化對噴嘴流量均勻性的影響。圖4-2(a)取的工況為：總噴淋量最小(Q=100m3/h)、噴嘴最小(內(nèi)徑d=8mm)且無壓力平衡管?？梢钥闯鋈鶉娏芄艿膰娮炝髁糠植记€基本重疊在一起，可以認(rèn)為噴淋管1，2和3中噴嘴流量分布大致相同。圖4-2(b)取的工況為：總噴淋量最大(Q=500m3/h)、噴嘴最大(內(nèi)徑d=20mm)且有壓力平衡管?？梢钥闯鰣D中三根噴淋管的噴嘴流量分布曲線同樣是基本重疊在一起的。

Llibi?3圖4-2(a)與4-2(b)取為兩種極端工況，但從各圖中3條曲線的重疊性來看，無論工況(aLlibi?3圖4-2(a)與4-2(b)取為兩種極端工況，但從各圖中3條曲線的重疊性來看，無論工況(a)Q=100n?Zh>iz/=8mnn無平衡管■.b)j^=5OOm3/h,zZ=20mm,有平衡管<250UELubeI—*-TtLibc2,hfl"tubc3320 0 2 4 6 8 10121416噴嘴凈號"LubeILLlbc?150(.11(.KitJ (J2 4 6 8l(i121416噴嘴序號〃如何，三根噴淋管噴嘴流量分布規(guī)律之間基本無差別。又由五根噴淋管的結(jié)構(gòu)對稱性推知，水平分配管可將來自豎直供液管的液體基本均勻地分配到五根噴淋管內(nèi)。4.2總噴淋量對噴嘴流量均勻性的影響噴嘴直徑d=8mm，無壓力平衡管和d=16mm，有壓力平衡管，在Q=100m3/h，200m3/h，300m3/h，400m3/h，500m3/h五種總噴淋量下3號噴淋管的噴嘴出口體積流量數(shù)據(jù)，以分析總噴淋量對噴嘴流量均勻性的影響。圖4-3(a)所示為d=8mm，無壓力平衡管，5種總噴淋量下，噴淋管3各噴嘴流量的分布曲線。可以看出，任何一條曲線都近似水平，說明在d=8mm時(shí)，任何一種總噴淋量下，各噴嘴流量基本相等。圖4-3(b)所示為d=16mm，有壓力平衡管，5種總噴淋量下，噴淋管3各噴嘴流量2000川niri的分布曲線。圖中的五條曲線從下到上，隨著Q的增大，曲線中部下凹逐漸加劇。圖說明，噴嘴直徑增大到d=16mm后，總噴淋量較小時(shí)，噴嘴流量還比較均勻。但當(dāng)5 7LII?15嘖嗜序號〃I3 5 7 9llI?2000川niri的分布曲線。圖中的五條曲線從下到上，隨著Q的增大，曲線中部下凹逐漸加劇。圖說明，噴嘴直徑增大到d=16mm后，總噴淋量較小時(shí)，噴嘴流量還比較均勻。但當(dāng)5 7LII?15嘖嗜序號〃I3 5 7 9llI?15噴嗜序號抑峭淋管％W=8 無平衡管峭淋管*婦bmm,17平衡管50020(1()1如。代釜眼世-15。。1000K.KJn]/b-300m/hX>20()m/hFEJnT/h總噴淋量越來越大時(shí)，噴嘴流量均勻性越來越差。5、總結(jié)影響降膜式蒸發(fā)器的換熱性能因素有很多，其中，布液器的形式就是其中的關(guān)鍵因素，通過本文的探討，水平管可以均勻的布液，噴嘴直徑增大到d=16mm后，噴嘴流量的均勻性受流量的影響較大。參考文獻(xiàn)：【1】陳良才，焦彥紅，馮志力，劉志春.蒸發(fā)式冷凝器噴嘴流量均勻性數(shù)值研究，制冷與空調(diào)，2011,11(5),67-70(ISSN10095-8402，CN11-4519/TB)【2】杜亮坡.水平管外降膜蒸發(fā)傳熱性能的實(shí)驗(yàn)研究[D].河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.2006.1.【3】費(fèi)繼友，李連生.水平管降膜式蒸發(fā)器管間流動(dòng)模式的研究[J].制冷與空調(diào)，2006,6(4)，102-104【4】翟玉燕，黃興華.基于分布參數(shù)模型的水平管式降膜蒸發(fā)器模擬[J].機(jī)械工程