大学硕士研究生答辩《水平管式降膜蒸发器的性能研究》模板课件（终版）

水平管式降膜蒸发器的性能研究硕士学位论文毕业答辩导师：XXX单位：能源与机械工程学院专业：建筑与土木工程姓名：XXX（XXXXXXX）

目录

1研究背景与意义2研究内容与方法4数值计算结果分析3结构设计与模型建立5结论与展望1研究背景与意义选题背景背景③水平管式降膜蒸发器具有传热系数高、传热温差小和制冷剂充注量少等众多优点。背景②背景①目前已在制冷空调、化工、石油、食品加工和最新的海水淡化等行业领域得到推广应用。由于降膜蒸发器换热管束外壁面易出现局部“干斑”现象，但相关研究尚少，导致其进行直接优化很困难。2研究内容与方法研究内容主要工作有：1、设计一种二级再循环降膜蒸发器，不仅采用制冷剂引射再循环系统，而且设置了一级和二级布液器。尝试使得底部换热管的管外壁面布液更加均匀，并减少局部“干斑”现象产生。2、通过建立有限差分模型，编制有关水平管式降膜蒸发器的性能仿真计算软件，并验证此软件的可行性。3、进行数值计算，分析再循环等因素对降膜蒸发器性能的影响，并将设计的二级再循环降膜蒸发器与现有一级再循环降膜蒸发器对比分析，验证其性能优劣。2研究内容与方法结构设计一级再循环降膜蒸发器运行时，制冷剂由高压储液器流出流入引射器的高压入口，与引射器通过液态高压制冷剂抽取底部储液包所收集的制冷剂混合，由引射器的混合出口流出通过蒸发器的制冷剂入口进入一级布液器完成制冷剂分配。图2.1一级再循环降膜蒸发器结构图2研究内容与方法结构设计二级再循环降膜蒸发器区别：设置了一级和二级布液器。尝试使得底部换热管的管外壁面布液更加均匀，并减少局部“干斑”现象产生。图2.2二级再循环降膜蒸发器结构图模型建立与模拟设置3模型建立建立有限差分模型：考虑换热管沿管排水平和垂直方向，沿冷冻水管内流动方向的变化。图3.1管束中换热管子的单元模型布局图模型建立与模拟设置3计算软件为进一步分析强化换热管出现局部“干斑”现象时的位置，以及合理评价“干斑”现象在降膜换热过程中的影响，本文定义了单元降膜因子Φ和综合平均降膜因子φ：数据处理式中，Kff,dry——出现干斑时的降膜换热因子；Kff

——恰好无干斑现象产生时的降膜换热因子，又称临界降膜换热因子；模型建立与模拟设置3计算软件为更直观对比分析两种不同降膜蒸发器制冷剂引射再循环系统的性能，将数值模拟中的计算结果，降膜蒸发器的制冷剂实际再循环流量与实际制冷剂蒸发量的比值，定义为制冷剂再循环系数Rl，用下式表示：数据处理式中，mcir——制冷剂实际再循环流量，kg/s；

mcond——实际制冷剂蒸发量，kg/s。3研究内容

模型建立与模拟设置模型验证建立样机：为了验证模型并进行后续性能研究，本课题针对四台水平管式降膜蒸发器样机进行数值模拟，现命名为A1、A2样机（图3.9）和B1、B2样机（图3.10）。图3.2A1和A2样机结构对比图A型样机：180根换热管3研究内容

模型建立与模拟设置模型验证B型样机：356根换热管图3.3B1和B2样机结构对比图3研究内容

模型建立与模拟设置模型验证表3.1样机换热管完全湿润时的性能参数实际制冷量：A1和A2样机的相对误差在0.006‰，B1和B2样机的相对误差在0.9％，此范围误差在接受范围内，所以本程序通过验证能够用于本课题的研究。4.1再循环对降膜蒸发器换热性能的影响图4.1不同再循环系数下的制冷剂蒸发量和综合平均降膜因子的变化情况1）若试图完全消除降膜蒸发器强化换热管束表面存在的“干斑”现象，则再循环系数Rl的数值需大于1.5。2）降膜蒸发器的最佳再循环系数Rl约为1.2，使得降膜蒸发器制冷剂蒸发量有效稳定且节省制冷剂用量，对应的综合平均降膜因子约为0.78。4数值计算结果分析再循环系数再循环流量4.1再循环对降膜蒸发器换热性能的影响图4.2不同再循环流量下的制冷剂蒸发量和再循环系数的变化情况随着制冷剂液体再循环流量的增加，制冷剂液体的再循环系数随之增大；与此同时，当再循环流量在0.67kg/s~1.0kg/s范围内时制冷剂蒸发量首先急剧上升，在1.0kg/s~1.3kg/s范围内时制冷剂蒸发量缓步上升。再循环流量4.1再循环对降膜蒸发器换热性能的影响图4.3不同再循环流量下实际制冷量和冷冻水出口温度的变化情况在0.67~1.30kg/s范围内液体再循环流量的增加导致了冷却水出口温度的轻微下降，而且随着制冷剂液体再循环流量的增加，蒸发器的制冷量先急剧增大，然后缓慢上升。这说明制冷剂液体流量的过量供给对于进一步提高降膜蒸发器制冷量是无效的。制冷剂蒸发量4.2一级与二级再循环降膜蒸发器对比分析图4.4不同再循环流量情况下一级再循环和二级再循环制冷剂蒸发量的变化情况在0.67~0.80kg/s范围内，随着制冷剂再循环流量的增加二级再循环制冷剂的蒸发量大于一级再循环，但增加量不明显；在0.81~1.60kg/s范围内一级再循环制冷剂蒸发量反超二级再循环，并在一定程度上有所增大。制冷剂蒸发量4.2一级与二级再循环降膜蒸发器对比分析图4.5不同再循环流量情况下一级再循环和二级再循环制冷剂蒸发量的变化情况在1.40~1.53kg/s范围内，随着制冷剂再循环流量的增加二级再循环制冷剂的蒸发量大于一级再循环；在1.53~2.87kg/s范围内一级再循环制冷剂蒸发量反超二级再循环，并在一定程度上有所增大。综合降膜因子4.2一级与二级再循环降膜蒸发器对比分析图4.6不同再循环流量情况下一级再循环和二级再循环综合平均降膜因子的变化情况一级再循环降膜蒸发器的制冷剂再循环流量在达到2.62kg/s时，而二级再循环的制冷剂再循环流量在达到3.95kg/s时，综合平均降膜因子才达到1。说明为使管束完全湿润所需的制冷剂液体再循环流量大于一级再循环结构，是一级再循环所需制冷剂再循环流量的约1.5倍。单元降膜因子4.2一级与二级再循环降膜蒸发器对比分析图4.7不同再循环流量情况下Φ2,10和Φ4,10单元降膜因子的变化情况二级再循环降膜蒸发器的底部换热管束虽实现设计初衷局部“干斑”减少，但效果并不显著，且出现一级再循环降膜蒸发器的上部换热管束的湿润情况明显优于二级再循环降膜蒸发器。5结论与展望若试图完全消除降膜蒸发器换热管束表面存在的“干斑”现象，则再循环系数Rl的数值需大于1.5。1结论降膜蒸发器的最佳再循环系数Rl约为1.2，使得降膜蒸发器制冷剂蒸发量有效稳定且节省制冷剂用量，对应的综合平均降膜因子约为0.78。2只有在制冷剂液体再循环流量较小的情况下，采用二级再循环降膜蒸发器相比于一级再循环降膜蒸发器有一定加强换热性能的效果，制冷剂蒸发量略有增大。4对于给定换热管束的降膜蒸发器，应该具有合适的制冷剂液体再循环流量值，使得降膜蒸发器换热性能更高且避免制冷剂的过量浪费。35结论与展望对于相同管束排布的降膜蒸发器，若要使得降膜蒸发器的换热管束全部湿润，二级再循环降膜蒸发器所需制冷剂是一级再循环降膜蒸发器的约1.5倍，制冷剂充注量增加。5结论二级再循环降膜蒸发器的底部换热管束虽实现设计初衷降膜情况优于一级再循环结构，但效果并不显著，且出现上部换热管束局部“干斑”现象加剧。65结论与展望1、为方便计算本课题忽略了制冷剂增大过程中换热管束外壁面液膜厚度增加的影响，而在实际过程中液膜厚度的变化对降膜蒸发器的影响还有待研究。2、通过多方位研究和探索搭建一套良好的、高效精确的试验设置及测量装置，虽然受限很多但要全力以赴，以便于将数值模拟结果与试验