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原文传递静止及摇摆状态降膜蒸发热质传递的数值模拟

论文题名：	静止及摇摆状态降膜蒸发热质传递的数值模拟
关键词：	降膜蒸发;船舶航行;吸收式制冷;数值模拟;传质传热;摇摆幅度
摘要：	随着海运贸易的日趋发展，船舶运输已经逐渐成为主要的运输方式之一，但随之是化石燃料的消耗量的增长，产生的有害气体严重地污染环境，探索清洁环保能源成为现在研究的重要课题。　　吸收式制冷技术以其节能环保等优点成为较理想的船舶制冷之一。燃油在船舶柴油机中燃烧所产生的能量并没有完全被利用，近一半的能量以热量的形式散发到大气中，会造成浪费，并且给大气带来了危害。吸收式制冷技术采用柴油机消耗产生的废气与废热，减少了额外运行的成本，并且对环境无污染。发生器是吸收式制冷机组中重要的热交换器之一，其性能的好坏决定了机组工作效率。而降膜式发生器相比于传统的沉浸式发生器，可以忽略管外蒸发和管内冷凝过程中的流动压降，降低热驱动力，增加传热性能，因此在吸收式制冷中得到广泛应用。目前吸收式制冷没有在船舶中得到广泛应用主要是需要考虑航行时过程中不同工况对制冷装备性能的影响。船舶航行时会随着海况摇晃和摆动，不同的摇摆幅度和摇摆周期会对制冷循环的性能造成影响。所以本文主要探究不同摇摆幅度与摇摆周期对降膜蒸发传热传质性能的影响。　　首先对静止状态下竖直管管内流动的溴化锂水溶液降膜蒸发特性进行分析，使用STARCCM+软件对液膜流动及传热传质效果进行研究。使用有限体积法的数学方式对速度，温度，浓度等参数进行求解。计算液膜内厚度，浓度温度，速度以及传热传质系数的分布情况。结果表明液膜流动的初始阶段，出现较小波动，整体流动平缓。当液膜沿着管长方向流动到管道中间部位时，此时液膜不仅受到重力作用并且还受到壁面粘滞力和表面张力的共同作用，波动幅度较大，传质推动力较大，蒸发效果较好。随着下落距离的增加，传质动力变小，液膜浓度增大，蒸发能力下降，使得液膜厚度波动幅度变小，位于出口时更加平缓。　　再通过改变可以影响降膜蒸发效果的变量，如热流密度，入口浓度，壁面温度，喷淋密度等，分析其对液膜表面温度，浓度及传热传质系数的影响。结果表明当喷淋密度，壁面温度一定时，热通量增大，平均传热传质系数整体呈现线性增长。当入口温度和热流量一定时，入口浓度的增加会降低溶液的导热系数，质量扩散系数变小，传热传质性能下降。喷淋密度对管内降膜蒸发换热影响较大。随着喷淋密度的增大时，液体膜厚增加，传热传质系数增加。　　通过研究不同摇摆幅度与摇摆周期对液膜流动及传热传质过程的影响，并与静止状态进行对比，分析摇摆对船舶航行是否产生有利影响。结果表明液膜波动使液膜界面的能量可以更好地向液膜内部进行传递。摇摆周期定值时，幅度越大，速度越大，使得液膜在管内停留的时间越短，不利于蒸发。在本研究中，当摇摆幅度为7°时，摇摆周期为5s时，摇摆蒸发效果最佳，传热传质系数最高。摇摆幅度一定时，较长的摇摆周期对传热传质效果最佳。同时还研究了不同摇摆幅度波形的变化情况，液膜产生的表面波促进了流体流动及组分的扩散，强化了蒸发作用。
作者：	陈美岐
专业：	船舶与海洋工程
导师：	高洪涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2021