水平刻槽管壁面二元溶液升膜蒸发传热试验研究

　　0　引　言

　　在解吸-压缩制冷循环中,低压的溶液动力学性质要求工质与换热面具有较大的接触面积和较小的温差。因此,利用换热表面形成液膜能实现相对较高的能量和热量交换。文献[1]对竖管内二元溶液降膜蒸发传热传质数值研究,表明液膜内传质对传热有抑制作用,且其影响不可忽略。文献[2]通过对试验结果的分析和界面扩散量级的估算,研究了薄液膜表面蒸发对液膜传热传质的影响,得出液膜表面存在着可观的过度蒸发现象。理论分析指出:表面张力引发的“毛细诱导界面蒸发”是这一过度蒸发的驱动力。文献[3]对表面处理水平管降膜蒸发传热进行初步试验研究。结果表明,海水的蒸发传热膜系数高于淡水,喷淋密度的增加对表面蒸发有利,随着喷淋密度增加,管外侧传热膜系数显著增大。但热流密度和溶液的质量分数等因素是否也对升膜的温度场及换热系数存在着影响还不清楚。

　　本文通过实验研究水和不同质量分数的NaCl溶液在水平刻槽管壁面升膜形成过程,分析了溶液质量分数、热流密度和液膜厚度对温度场、换热系数的影响。为海水淡化以及低压发生器中的等温降压过程的发生提供理论和技术基础。

　　1　试验设计

　　1.1　试验装置

　　图1为本次实验研究所建的实验台。本次试验采用的工质为水和不同质量分数的NaCl溶液。水平螺旋刻槽管置于储液槽中,调整储液槽使螺旋刻槽管的底部表面与液面相切。图2为本次实验所用的螺旋刻槽管:刻槽管的管径为19 mm,试验管段长度为150 mm,槽道跨度为2 mm,槽深为2 mm,电阻为490Ω。螺旋刻槽管中心处沿管长的方向布置电加热丝,通过调节变压器来实现不同的加热热流。当水平螺旋刻槽管被加热时,储液槽中的工质沿螺旋槽道自下向上流动。同时,由于工质在螺旋刻槽管的管壁面不断蒸发,水箱中装有升膜工质不断补给储液槽,维持工质在螺旋槽

　　管的管壁面持续、稳定地蒸发。储液槽中加有着色剂,利用三维显微镜系统和自带的拍摄功能观测和记录升膜在管壁面的形成过程。为了了解水平螺旋刻槽管壁面液体升膜的流动规律,首先进行流场可视化实验。图3为用显微镜记录下来的等

　　时间间隔15%NaCl溶液在水平刻槽管壁面的升膜形成过程。图4为在同一热流密度下,从冷管到加入染色剂20 min后水和不同质量分数的NaCl溶液形成的液膜在水平螺旋刻槽管上的分布状态。

　　利用变压器以q =16 kW/m2的热流密度加热水平螺旋刻槽管,当升膜工质为水时,螺旋槽道底部有气泡生成,并沿着螺旋槽道往上爬升,液膜厚度很薄,槽道顶部只有蒸发,没有沸腾现象。