考虑管间液滴形成和下落过程的吸收器模拟及分析

    1 引言

    溴化锂水溶液降膜吸收水蒸汽的过程集降膜流动、气体吸收、传热传质为一体,过程机理非常复杂.近年来,各国学者建立了各种理论模型研究溴化锂水溶液的吸收 过程[1].大部分情况下溶液流速都满足溶液在上排管底部形成液滴并落到下排管顶部.液滴的吸收特性影响管表面液膜的浓度和温度分布,因此分析液滴吸收特 性对理解水平管吸收器的整体吸收特性很重要.Nomura[2]可视化研究结果证明管间的溶液温度高于其前一根传热管表面的溶液温度,这表明在传热管底部 液滴形成过程中有大量的蒸汽被吸收.对于整体水平管吸收器,目前的数值模拟一般仅孤立考虑水平管表面的降膜流动过程或单个液滴的特性,或者对液滴下落过程 的处理过度简化[3].Killion[4]根据红外照相技术对水平管底部液滴的形成过程进行了研究,测得了液滴温度在液滴形成过程中的变化,发现液滴的 温度在形成和下落过程中是逐渐升高的.Joudi[5]针对水平管多管程吸收器采用等效竖板降膜模型,忽略液膜厚度和横向对流作用进行了数值模拟,未考虑 管间液滴的吸收作用.Lu[6]等以单个液滴为研究对象,针对Re<1的情况进行数值模拟,只考虑下落过程而没有考虑液滴形成过程.本文在已有的水 平管表面降膜吸收数学模型[1,7]的基础上,建立了水平管底部液滴形成和管间下落吸收数学模型,主要分析液滴形成和下落过程中传热传质特性和规律.

    2 滴液形成和下落过程数学模型

    在水平管吸收器内,根据溶液流动Re数一般把溶液在管间的流动分为滴状流动、柱状流动和膜状流动.实际运行的吸收式制冷机P热泵内部吸收器管间的流动一般 为滴状流动.王和陆等[8]通过实验研究认为,由滴状布液转变为柱状布液的Re数的范围为150~200.当Re数小于150时,溶液流动为滴状布液.

    2.1 滴液形成区

    将液滴形状作为一个半球状来考虑,忽略接触角和水平管底部液膜厚度对液滴形状和形成过程的影响,当液滴直径达到临界直径后,从传热管底部脱离.临界直径可以通过下式来计算:

    半球状液滴的质量为

    液滴形成所需的时间为:

    根据Hu和Jacobi的研究[9]:

    式中,dd为液滴的直径,dd=3.0ξ,单位为m;ξ为毛细长度,,单位为m;md为半球状液滴的质量,单位为kg;ρ为溶液密度,单位为kgPm³;Γ为溶液喷淋密度,单位为kgP(m•s);l为液滴中心距,单位为m;d0为传热管外径,单位为m;Ga为Galileo数,Ga=ρ σ³/µ4g;σ为溶液表面张力,单位为NPm;µ为溶液动力粘度,单位为Pa•s.