水膜式蒸發冷凝器管外液膜分布的三維數值模擬

趙志祥，張銥鈖，蔡業彬

1 前言

水膜蒸發冷卻技術是通過傳熱表面液體薄膜的非飽和蒸發、相變引起的潛熱變化的方式帶走熱量，其改變了傳統的顯熱散熱方式，使傳質傳熱與顯熱傳熱得到了有效結合［1］。水膜式蒸發冷凝器是在傳統空冷器的基礎上，應用了水膜蒸發冷卻技術，使水冷、空冷、傳質冷卻三者達到高效結合的一種冷凝器，它具有環保、高效、節能、安裝占地面積小等優點，因此被廣泛應用于冶金、空調、石化、電力、化工、建材等領域［2，3］。

傾斜管式水膜式空冷器（圖1）能夠克服傳統空冷器中因水膜分布不均而造成的管束中間與兩端傳熱效率不一致以及局部干斑與腐蝕等問題［4］，同時傾斜管式可降低工作阻力，增強傳熱效果，有利于凝結液體的及時流出，防止因凝結水不能及時排開而出現背壓升高，冷凝管破損等問題［5］，保證設備的正常運行與安全。近年來，國內外許多專家學者對管式蒸發冷凝器的研究表明：管型及換熱管的布置方式對管外水膜分布及傳熱效果有著可觀的影響［6~12］。然而，目前的研究主要集中在水平管方面，而對于更具優勢的傾斜管形式蒸發式冷凝器的研究則極少，利用數值計算方法對其傳熱傳質過程的研究就更為有限。

圖1 傾斜管式水膜蒸發式空冷器

本研究利用CFD流體力學計算軟件Fluent，基于其VOF方法對水平橢圓管外降膜試驗數據進行了驗證，并且對傾斜橢圓管外成膜情況進行了模擬研究，分析得出了入口流量一定時，橢圓管的迎面風速和傾斜角度對管外液膜分布、厚度的影響，為開發基于傾斜橢圓管的蒸發空冷裝備做了探索性研究。……