溴化锂水溶液膜状布液的液膜流动研究

    1 前言

    降膜式发生器中,溶液由喷淋机构如喷嘴、淋板、淋管等均匀地喷洒在水平管束上形成液膜。由于溶液的喷淋密度、管间距等的不同以及受溶液物性的影响,溶液在 管间的流动分为滴状布液、柱状布液和膜状布液三种方式,如图1。实验表明,当雷诺数Re<150时,液膜为滴状布液;由滴状布液过渡到柱状布液的雷 诺数Re=150~200,由柱状布液过渡到膜状布液的雷诺数Re=315~600。当雷诺数Re>600时,液膜为膜状布液。布液方式不同会对溴 化锂降膜式发生器的传热传质有较大的影响,因为溴化锂水溶液的发生过程是流动、传热和传质相互影响、相互交织的过程。详细了解溶液在管外的降膜流动过程, 对了解溶液的发生机理及强化发生器的传热传质有好处。因此对膜状布液的降膜流动进行模拟分析有着重要的意义。

    本文根据溴化锂降膜式发生器水平圆管外膜状布液液膜流动的特点,建立了膜状布液液膜流动的数学物理模型,对模型进行了求解,并对计算结果进行比较分析。

    2 膜状布液降膜流动模型及求解

    膜状布液的显著特点是在管与管之间存在一连续液膜。这个液膜有一定的厚度,如图1所示。管与管之间的液膜取决于溶液的喷淋密度、水平管之间的距离和溶液的物性等。

    如图2所示,溶液自上一排管通过管间的液膜流到下一排管的顶部,液体在下一排水平管上作降膜流动。取管的外法线为Y坐标,管的切线方向为X坐标,假设液膜完全覆盖管外表面,根据膜状布液的特点,膜状布液液膜流动的数学模型为:

    连续方程:

    动量方程:

    边界条件:

    进口x=0:u=u0,v=0(3)

    壁面y=0:u=0,v=0(4)

    气液界面y=δ:?u/?y=0(5)

    管间的液膜自上一排管的底部与下一排管的顶部相连,液膜的厚度为δs。在下一排管的顶部液膜作降膜流动的初速不再是液膜作自由落体至管顶的速度,这时作降膜流动的初速应是液膜在驻点处的流速。假设管顶类似一平板,如图3所示。

    根据假设,驻点处的流速为:

    当η≤1时,有:

    当η>1时,有:

    u=Cx         (7)

    以上式中:η=y/δb,δb为边界层的厚度,δb=(ζv/C)^0.5,如图3中的情形ζ可取为7.052。

    为了确定式(6)及式(7)中的C值,根据Spar-row等推荐有下列两种情形: