不凝氣體對于珠狀凝結(jié)管凝結(jié)換熱影響的試驗研究.pdf

1、本文從不凝氣體對凝結(jié)換熱的影響和珠狀凝結(jié)的研究現(xiàn)狀入手，分析并總結(jié)了前人對這兩方面的研究工作，在此基礎(chǔ)上設(shè)計并搭建了實驗臺。從不凝氣體對珠狀凝結(jié)和膜狀凝結(jié)換熱特性的對比影響、凝結(jié)換熱汽側(cè)流場和熱力特性的數(shù)值模擬兩方面進行了實驗和理論研究。 凝結(jié)換熱有兩種形式：珠狀凝結(jié)和膜狀凝結(jié)。目前工業(yè)中換熱設(shè)備實現(xiàn)的主要是膜狀冷凝。相對于膜狀冷凝，珠狀冷凝是一種更高效的換熱方式，其冷凝換熱系數(shù)比膜狀冷凝要提高1～2個數(shù)量級，如果能夠在工業(yè)應(yīng)用

2、中實現(xiàn)該過程，將會大幅度的減少換熱面積，從而既能獲得節(jié)能效果，又能降低設(shè)備成本，有著顯著的經(jīng)濟效益。另外，影響凝結(jié)換熱的因素很多，而不凝結(jié)氣體是其中最重要的因素之一。因此，研究不凝氣體對凝結(jié)換熱的影響成為節(jié)能研究的一個重要課題。 為此，本文設(shè)計并搭建了凝汽器仿真實驗臺，實驗臺分兩個實驗段，其內(nèi)分別安裝了等離子管束和普通銅管管束，以此分別實現(xiàn)珠狀凝結(jié)和膜狀凝結(jié)。實驗采用電鍋爐產(chǎn)生蒸汽模擬汽輪機排汽，在實驗段內(nèi)與冷卻管束進行凝結(jié)換熱

3、。空氣在實驗段處于真空狀態(tài)下經(jīng)氣體流量計倒吸進入測試段，以研究漏空氣量對兩種凝結(jié)換熱特性的影響。循環(huán)水流過管束，將蒸汽的熱量帶出系統(tǒng)。為保證實驗結(jié)果的可靠性，對整個系統(tǒng)進行了嚴格的氣密性檢驗。 實驗結(jié)果表明，漏空氣量對實現(xiàn)珠狀凝結(jié)和膜狀凝結(jié)的仿真凝汽器各熱力參數(shù)，如凝汽器壓力、端差、管壁溫以及凝結(jié)換熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)等，都有不同程度的影響。漏空氣量對凝汽器參數(shù)的影響存在臨界值，當漏空氣量小于臨界值時，凝汽器壓力、端差和壁溫近似保

4、持不變，傳熱系數(shù)則略有下降；當漏空氣量大于臨界值時，隨著漏空氣量不斷增大，凝汽器性能受到嚴重影響，凝汽器壓力、壁溫和端差急劇上升，傳熱系數(shù)迅速變小。 實驗結(jié)果還表明，等離子管束的換熱效果明顯高于普通銅管管束，這主要是因為等離子管束比黃銅管束有更低的表面自由能，管壁實現(xiàn)了珠狀凝結(jié)。相對于普通銅管，其汽側(cè)凝結(jié)換熱系數(shù)可以提高2～10倍，總換熱系數(shù)可以提高50％以上。從實驗所得數(shù)據(jù)以及從實驗段前壁的透明玻璃板隱約觀察到的管壁凝結(jié)狀態(tài)可

5、以推斷，表面改性技術(shù)制備的離子管束基本上實現(xiàn)了珠狀凝結(jié)，至少實現(xiàn)了處于完全膜狀凝結(jié)和完全珠狀凝結(jié)之間的一種凝結(jié)狀態(tài)。同時由實驗數(shù)據(jù)顯示，不凝氣體對等離子管束凝結(jié)換熱的影響要大于其對普通銅管的影響。隨著漏空氣含量的增加，等離子管束總換熱系數(shù)的降低幅度比普通銅管總換熱系數(shù)降低幅度大50％-150％，而凝結(jié)換熱系數(shù)的降低幅度比普通銅管的凝結(jié)換熱系數(shù)幅度大70％-120％。 另外，隨著計算機的高速發(fā)展，大型CFD軟件的出現(xiàn)，對凝汽器熱力