降膜蒸发器的研究进展.pdf

FLUID MACHINERY
Vol.40,No.6,2012
文章编号:1005-0329(2012)06-0082
降膜蒸发器的硏究进展
张猛,周幗彦,朱冬生
(华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室,上海200237)
摘要:降膜蒸发器广泛应用在现代工业的各个领域,其优化设计和高效应用对于节能和环保具有重要意义。本文分
析了降膜蒸发器基本原理及特点,综述了国内外降膜蒸发器流动与传热特性、布膜及强化传热的硏究情况,在此基础上
将扭曲扁管强化传热技术引人降膜蒸发器,并对降膜蒸发器的进一步研究指出方向。
关键词:降膜蒸发器;传热性能;蒸发
中图分类号:TB65
文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1005-0329.2012.06.019
Research Progress of Faling-fiim Evaporator
ZHANG Meng, ZHOU Guo-yan, ZHU Dong-sheng
(Key Laboratory of Pressure Systems and Safety, Ministry of Education, East China University
of Science and Technology, Shanghai 200237, China)
Abstract A review of the prior research on falling film evaporator is presented, which is widely used in all field of modern in
dustry. Optimal esign and efficent application ene a of s cane for saving and en iment p ection. This paper look
back on fundamental principles of falling film evaporators incluing flow characteristics, heat transfer performance, and the effects
of parameters which provide some help for design and manufacture of falling film evaporators, and introduces Enhance Technology
of Twisted Tube into the application of falling film evaporator. Finally some suggestions for further research is described
Key words: falling film evaporator; heat transfer performance; evaporation
1前言
出几点建议。
降膜蒸发器是一种高效的蒸发设备,具有温2基本原理及特点
差小、滞留时间短、工作寿命长、结构紧凑、效数不
受限制等优点。按布液壁的形式不同,主要分为
降膜蒸发器主要结构包括布液器、蒸发元件
板式降膜蒸发器、竖直管降膜蒸发器及水平管降排气系统等,如图1、2所示。
膜蒸发器等山。近年来,随着能源价格的上涨和
蒸汽出[门
环保水平的不断提高,工业上对耗能设备的要求
工质入
也越来越高,提高蒸发器的传热性能和蒸发效率
分布器
对于工程投资和节能降耗都具有重要意义。
排气通道一
蒸发管
本文基于降膜蒸发器的工作原理,从传热与
oooooo
流动特性和布膜与强化传热两方面对国内外降膜
蒸发器的研究现状进行全面综述,总结已有的研
究成果,针对降膜蒸发器存在问题的特点,将扭曲
回油系统
扁管技术引入到降膜蒸发器中,提出解决成膜问
题的新方法,并对降膜蒸发器未来的发展方向提
图1水平降膜菾发器原理
收稿日期:2012-01-04修稿日期:2012-02-27
2012年第40卷第6期
流体机械
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等模拟硏究了水及醇类溶液的菾发特性,发现提
一料液
分布器
高加热壁初温可以强化蒸发。M. Feddaowi通
加热
过建立湍流模型,得到提高工质入口温度会加大
蒸汽
温降,在液体温度较高时,浮力特性显著,流体局
部层化,从而破坏传热?。温差对降膜蒸发器的
传热系数影响也很大。文献[4,6,7]的研究结果
蒸发管
分离室
表明,总传热系数随传热温差的增大而降低。文
献[4]发现过冷度为零时,换热系数最大。文献
[8]通过试验研究发现,低过热度时,湍动易形成
旋窝阻碍薄膜导热,但有利于对流传热;过热度大
图2竖直管降膜蒸发器原理
于30K后,开始核态沸腾,此时湍动有利于汽泡
原溶液由蒸发室的顶部加入,经布膜器分布的扰动从而强化换热,使传热系数明显升高。由
后,在重力作用下沿壁面呈膜状向下流动并被蒸此可见,大温差并不一定会提高薄膜蒸发的传热
发。气液混合物气液分离后,完成液由分离器排性能,小温差传热使降膜蒸发器具有无可比拟的
出。其中布膜器是关键部件,在很大程度上影响优越性。
传热性能和操作稳定。降膜菾发器的薄膜特性决
确定最优喷淋密度对降膜蒸发器获得髙传热
定传热系数,蒸发器根据工况的不同,传热机理也系数很重要。因为喷淋密度太小管壁会产生“干
不尽相同。液膜很薄且处于层流状态时,传热过斑”,而喷淋密度过大会使热阻增大,同样不利于
程是薄膜导热;随着质量流量的增加,液膜处于波薄膜蒸发。文献[9]试验结果表明,随着喷淋密
动状态,传热机理是自然对流,在较大温差下,同度的增加,总传热系数先增大再减小。进一步分
时也有核态沸腾发生。
析发现,在低压低过冷度下,管外换热系数和总传
热系数随着喷淋密度的增大变化不明显,但当过
3降膜蒸发器传热性能影响因素的研究
冷度增加时,随着喷淋流量的增大而明显增
大
目前所用降膜蒸发器工质主要为水、氨水以
此外,降膜蒸发器传熱系数受加热元件形状
及少数制冷剂,工质较为单一。对于降膜蒸发器和表面状况等影响也很显著。对于水平降膜
的研究,多集中于采用试验和模拟方法研究降膜蒸发器,管程下进上出布置且浸没管数较少时,整
蒸发器流动和传热情况以及影响因素情况。国内体传热会随其浸没管数增多而增大,不过当浸没
外文献中关于各参数的影响规律描述众多,但有管数到一定数量后,传热性能保持不变"Hl。文献
些观点并不统一且大多数结论并不全面,甚至未[15]得到在试验条件下,满液区的浸液管数百分
能给出定性结论。这与所进行的试验研究工况不比为40%时传热性能最优。正三角形布管比矩
同有关。说明降膜蒸发器性能的影响因素复杂,形布管传热效果好,相对来讲管子采用叉排式传
无论在流动还是传热上都仍需要深入研究。
热性能最好,且应尽量减小垂直管间距
影响降膜蒸发器流动与传热性能的影响因素
综上所述,对于给定的工业用降膜蒸发器,应
包括质量流量、温度、喷淋密度、几何参数等。
选用最优结构进行全真实工况模拟,通过试验确
由于膜蒸发器操作范围大,传热机理不同,质定质量流量、喷淋密度、温差等参数的变化规律、