横管降膜过程中流型转换及滞后现象的研究

The horizontal-tube falling film evaporator is widely used in the fields of chemical engineering, refrigeration, oil refining, desalination and food processing, etc. This project is mainly focused on the transition of flow patterns in the horizontal-tube falling film evaporator. Based on experiments with different conditions, fluids and the side entry point of hysteresis phenomenon, the transition mechanisms, inherent laws and influencing parameters in the horizontal-tube falling film process can be discussed in-depth. Also the causes and influencing mechanisms of the special phenomena in the flow process can be revealed, as well as the effect of the influencing parameters, so that the scientific and reliable quantitative criterions of the flow pattern can be built. Besides, the constitutive equation of the flow process under complex unbalanced force will be established and the accurate numerical method and physical model will be proposed. On this basis, the dynamic evolution theory process for driving factor of macro phenomena and micro phenomena in the flow process will be analyzed. The nonlinearity laws and physical mechanisms between flow regime, micro phenomena and the dynamic parameters can be proposed. This project will provide the necessary theoretical foundation and design guidance for the more effective horizontal-tube falling film evaporator.

横管降膜传热器被广泛应用于化工、制冷、石油冶炼、海水淡化和食品加工等诸多领域。本项目针对横管降膜过程中的流型转换问题，以实验研究为主要手段，以探讨如滞后现象为侧面切入点，引入实验流体物性和实验条件，深入讨论横管降膜过程中流型变化的过程机理、内在规律和影响因素。从本质上揭示流动过程中特殊现象的产生原因和影响机理，进而探讨各因素在流态变化中的影响因子，以此为依据，构建科学可靠的流型量化判定标准。此外，还将建立复杂不平衡力势下的流动过程本构方程，提出准确的数值计算方法，搭架物理模型。在此基础上，分析流动过程中的宏观现象和微细现象驱动因素的动态演化理论过程，提出流态和微细现象与动力学参数间的非线性作用规律和物理机理。以期为发展更为高效的横管降膜蒸发器提供必要的理论依据和设计指导。

横管降膜传热器被广泛应用于化工、制冷、石油冶炼、海水淡化和食品加工等诸多领域。本项目针对横管降膜过程中的流型转换问题，以实验研究为主要手段，通过选取特定物性的流体，改变喷淋密度、管径、管间距等实验参数，以高速摄像为主要数据采集方式，结合前期学者们的研究结果，确定了较为准确的流型判定准则。基于大量的实验数据，建立了可准确模拟流动过程的数值模型，利用数值分析将实验过程中间断的数据点补全成为连续规律曲线，剖析了横管降膜过程中流型转换宏观和微观过程，深入探讨了流型转换的主要因素和内在机理。构建了科学可靠的复杂不平衡力势下的流动过程本构方程，提出了流态和微细现象与动力学参数间的非线性作用规律和物理机理。针对流动过程中的滞后现象，开展了特定的实验研究，探寻到了滞后现象出现的原因和规律，对其各影响因素见的因次关系进行了量化分析。此外，在实验中发现了此前未预料到的特殊物理现象，包括滑移液滴出现、跳跃、非融合运动、飞溅和液膜空洞的产生与消弭，在横管降膜流动过程的进一步研究中将针对这些特殊现象开展指向性研究。本项目完成了任务书中的既定任务，为横管降膜的流动进一步研究提供了必要的理论依据，相关的流动数据库和流型判定模型，为发展更为高效的横管降膜蒸发器铺垫了理论基础和设计指导。