水平管降膜蒸发器的(火积)耗散分析与优化研究

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水平管降膜蒸发器是低温多效蒸发海水淡化系统中的主要设备,具有结构紧凑、传热系数高、抗结垢性能良好、适用于小温差换热等特点。国内外学者们基于热力学第二定律和熵产分析法,对多效蒸发系统的热力学性能进行了大量的研究。(火积)耗散分析法和热阻极值法是近年来出现的一种新的热力学分析方法,这种方法更侧重与强调能量的传热能力损失。基于(火积)耗散理论,学者们提出了换热器以及换热网络的相关分析方法,但是却鲜有文献对冷热流体均发生相变的换热器进行(火积)耗散分析。本文编制了计算程序,通过分布参数法对蒸发器进行了模拟与计算。基于计算结果,提出了水平管降膜蒸发器预热段和蒸发段(火积)耗散的计算方法,讨论了黏性热效应对(火积)耗散的影响,研究了(火积)耗散率在蒸发器内的分布规律和海水物性参数对预热段(火积)耗散的影响。研究发现,预热段是蒸发器内产生(火积)耗散的主要区域,进料海水的喷淋密度和温度对预热段的(火积)耗散有较大影响,减小预热段的(火积)耗散和传热能力损失可以提高蒸发器的性能。水平管降膜蒸发器传热温差较小,冷热流体相变温度的微小变化对传热的影响不能忽略不计。研究了基于(火积)耗散的加权等效温差在水平管降膜蒸发器性能分析中的应用,将加权等效温差与表观传热温差的比值定义为描述蒸发器整体热力损失的参数。利用加权等效温差的概念,研究了管内蒸汽流动阻力、管外蒸汽流动阻力和海水沸点升高引起的热力损失占整体热力损失的定量比例,并分析了蒸发器运行参数对加权等效温差的影响。分析了水平管降膜蒸发器(火积)耗散等效热阻的意义和影响因素,基于等效热阻和整体热力损失的概念,提出了水平管降膜蒸发器的通用评价准则。根据以上准则,获得了表观传热温差不变时蒸发器的最优管排数目和最佳进口蒸汽流速。研究了表观传热温差对蒸发器性能的影响,在不同的工况下,存在最优表观传热温差,使蒸发器的总体热力性能最优。
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