水平管束降膜動力學與界面吸收性能實驗研究.pdf

1、為提高一次能源利用率PER，溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中的熱力部件廣泛采用真空條件下以水平管束作為承載結構的降膜式熱力裝置。長期以來，由于水平管束外表面降膜流動與傳熱傳質基礎理論體系的缺失，吸收式制冷機的傳熱計算與結構設計還處于非常粗放的模式之中，提高熱力部件性能的研究無從下手。本文在綜合分析現(xiàn)有理論研究進展的基礎上，搭建了“水平管束降膜流動模態(tài)轉變實驗裝置”、“水平管束液滴形成數(shù)字圖像高速采集實驗裝置”以及“水平管束界面?zhèn)鬟f性能實驗裝置”，

2、開展了對水平管束降膜流動與傳熱傳質過程微觀發(fā)展機理的初步研究。 首次提出了“水平管束降膜動力學”的概念，引入了“界面?zhèn)鬟f過程”的概念。從吸收式制冷中降膜吸收、降膜蒸發(fā)、降膜冷凝、降膜發(fā)生四大熱力過程共有的動力學特征出發(fā)，研究絕熱條件下流體在水平管束外表面的降膜流動模態(tài)辨識以及模態(tài)轉變的微觀發(fā)展機理；引入“界面現(xiàn)象”的概念，把四大熱力學過程中共有的“自由界面?zhèn)鳠醾髻|過程”統(tǒng)一在“界面?zhèn)鬟f過程”的概念之中，通過界面現(xiàn)象與水平管束降膜

3、動力學之間的有機結合，形成了“水平管束降膜式熱力裝置基礎理論體系”的基本架構。 首次提出單元流體（UF）的概念，實現(xiàn)了從研究宏觀統(tǒng)計現(xiàn)象到微觀發(fā)展機理的轉變；首次給出了水平管束單元流體模態(tài)轉變（UF-MTM： Unit Fluid-Mode Transition Mechinism）圖譜，解釋了水平管束降膜流動模態(tài)從滴狀向簾狀轉變過程中的驅動力及微觀發(fā)展機理：認為連續(xù)液頸促使了滴狀向滴柱狀的轉變、表面波谷到表面波峰的形成促使了順

4、排柱狀流向叉排柱狀流的轉變、管底懸垂液的存在是相鄰單元液柱吸合的前提與源動力、液牙生成和流形分叉現(xiàn)象是單元液柱相互吸合中的必然現(xiàn)象、融合形變促使了柱狀向簾狀的轉變。 借助高速攝像機研究了水平管束滴狀模態(tài)的微觀發(fā)展機理，發(fā)現(xiàn)了液滴生成、長大、拉伸、液頸底部與主液滴破裂、馬鞍形表面鋪展、液頸自相似收縮、尖銳液頸頂部破裂、衛(wèi)星液滴生成等一系列極為復雜的拓撲結構；首次提出了RSB（Ratio of tube Spacing to tot

5、al Breaking length）的重要概念，用于描述管間距與總的破裂長度的比值對液滴形成拓撲結構的影響；首次提出了水平管束液滴形成過程的九個拓撲轉變關鍵相，分析了不同RSB之間液滴形成拓撲轉變的差異。 基于圖像信息處理技術，通過像素坐標系到笛卡爾坐標系的轉換、Canny邊緣檢測、三次樣條光滑曲線擬合和自適應Simpson積分，對水平管束滴狀和柱狀模態(tài)的微觀機理進行數(shù)字化描述，分析了單元液滴表面積與體積隨時間的變化規(guī)律。

6、 通過宏觀尺度到微觀尺度液滴形成過程的拓撲相似，把水平管束滴狀模態(tài)納入到了液滴形成非線性動力學領域，通過量綱理論與相似分析，得到了復雜流體近破裂點處最小液頸的拓撲相似表達式。 基于混合水平多因子實驗設計和多元因子響應面RSM方法，得到了界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與界面?zhèn)髻|系數(shù)的回歸方程，搭建了基于Matlab的水平管束降膜式熱力裝置可視化研究平臺。 通過本課題的研究，對水平管束降膜動力學特征進行了初步的探討，為進一步研究降膜式熱力