試驗(yàn)十三單管升膜蒸發(fā)器的操作

實(shí)驗(yàn)十二單管升膜蒸發(fā)器的操作一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解單管升膜蒸發(fā)器的操作、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。2、了解并觀察單管升膜蒸發(fā)器中出現(xiàn)的，四種兩相流流型。3、學(xué)會單管升膜蒸發(fā)器的對流傳熱系數(shù)的測定和確定蒸汽干度。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、在一定熱負(fù)荷下，通過調(diào)節(jié)冷水流量等來直接觀察氣液兩相流的四種流型和形成升膜后的流動特點(diǎn)。2、通過測量壁溫和主流溫度，確定攪拌流型和環(huán)狀流型下的對流傳熱系數(shù)a；以及通過測量蒸發(fā)量確定蒸汽干度X（無因次）。三、實(shí)驗(yàn)原理及觀測1、 升膜蒸發(fā)器:升膜蒸發(fā)器的基本組成部分是一根外表面受熱的直立圓管。料液在管內(nèi)從下往上流動。由于料液不斷被加熱汽化，形成氣液兩相流。在流動汽化過程中，流體動力學(xué)與傳熱過程是密切聯(lián)系的。當(dāng)對兩相流動的流體進(jìn)行加熱時(shí)，會引起兩相數(shù)量分布的變化，形成不同的流型。流型為環(huán)狀流時(shí)，其特征是含有液滴的連續(xù)氣相沿管中心運(yùn)動，液相則以波浪液膜形式沿壁面向上爬行，故此種蒸發(fā)器名為升膜蒸發(fā)器。2、 直立受熱通道中氣液兩相流動的觀察和描述。液體在直立受熱通道中流動時(shí)/其流型（或流動結(jié)構(gòu)）可分為兩大類，即重力控制流型和剪力控制流型。圖1，描述了均勻受熱直立管內(nèi)流動沸騰可能出現(xiàn)的流型及其相應(yīng)的傳熱區(qū)域。流體的對流傳熱區(qū)（A區(qū)）過冷液體進(jìn)入管底向上流動，在逐漸被加熱到飽和溫度前，壁溫仍低于泡化所需溫度，傳熱過程為單相對流傳熱。過冷沸騰區(qū)（B區(qū)）流型為泡狀流。過冷沸騰的特征是加熱面溫度高于飽和溫度，泡化核心處產(chǎn)生氣泡。過冷沸騰時(shí)、液相主體的溫度低于飽和溫度。氣泡將在加熱面以外的過冷液體中冷凝。上述過程有時(shí)伴有加熱面的噪聲振動。飽和泡核沸騰區(qū)（C區(qū)與D區(qū)）流型是典型的泡狀流。彈狀流或以低蒸汽速度流動的環(huán)狀流。在此區(qū)內(nèi)液體主體溫度已達(dá)到飽和溫度。兩相強(qiáng)制對流區(qū)（E區(qū)和F區(qū)）蒸汽干度的定義如下，WgWvy= =一Wg+WlW式中，Wg、Wl分別為蒸汽和液體的質(zhì)量流量，Wv是管項(xiàng)流出蒸汽流量，W是進(jìn)入釜的冷水流量，單位為kg/so隨蒸汽干度的增加，傳熱方式將發(fā)生轉(zhuǎn)變，流型轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀流。這種流型有一個(gè)蒸汽核心和一個(gè)液體環(huán)。蒸汽核心流速很高，汽液界面湍動強(qiáng)烈，沸騰過程為蒸發(fā)過程所代替。由于蒸汽對、界面產(chǎn)生剪切力，使受熱表面上液膜的熱阻變小，壁溫下降，因而泡化作用大大削弱，甚至消失。對流傳熱系數(shù)受流動狀況的影響較大，具有非沸騰傳熱的特征。此區(qū)域稱為兩相強(qiáng)制對流區(qū)（或稱通過液膜的強(qiáng)制對流蒸發(fā)區(qū)）。在穩(wěn)定的飽和泡核、沸騰區(qū)和兩相強(qiáng)制對流區(qū)之間有一個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū)。在該區(qū)中，強(qiáng)制對流過程和泡態(tài)、沸騰過程都不容忽視。前者將隨于度的增加而逐漸增加。很多文獻(xiàn)中，將彈狀流向環(huán)狀流的過渡區(qū)稱為攪拌流區(qū)。此區(qū)正是上面所指的轉(zhuǎn)變區(qū)。缺液區(qū)（G區(qū)）此區(qū)中，對應(yīng)的流型為霧狀流（滴狀流），在此區(qū)中，璧面上液膜已”蒸干”，僅在汽核中存有液滴，這些液滴有時(shí)會碰撞到壁面上。與兩相強(qiáng)制對流區(qū)相比，此區(qū)的對流傳熱系數(shù)下降，壁溫上升，汽核處于過熱狀態(tài)。蒸汽的對流傳熱區(qū)（H區(qū)）此區(qū)的流型為單相蒸汽流。升膜蒸發(fā)的最佳操作流型為環(huán)狀流型。圖1是在沿管長均勻加熱的條件下得到的。壁溫與流體溫度的差值可反映對流傳熱系數(shù)的變化。習(xí)慣上將壁溫超過流體溫度的程度稱為過熱度△tt=t-tf（t為管內(nèi)壁溫,tf為管內(nèi)流體的主體溫度。）tf f在單相對流區(qū)，溫度對液體物性的影響不大，故對流傳熱系數(shù)變化較小。在過冷泡核沸騰區(qū)，對流傳熱系數(shù)沿管長增加。在飽和泡核沸騰區(qū)，溫差△tf不變，表示對流傳熱系數(shù)不變。實(shí)驗(yàn)證明，在飽和泡核沸騰區(qū)中，傳熱f過程與蒸汽干度y質(zhì)量速度均無關(guān)。在兩相對流區(qū)、壁溫自下而上緩慢下降，原因是沿管長蒸汽干度增加，蒸汽對液膜表面剪切力的作用，使液膜厚度減小，紊流度提高，本區(qū)的對流傳熱系數(shù)將隨y值提高而增大。例如，水兩相強(qiáng)制對流區(qū)的對流傳熱系數(shù)可高達(dá)200kw/(m2?€)。在蒸干點(diǎn)上，因?yàn)閮上鄰?qiáng)制對流區(qū)的對流傳熱系數(shù)的數(shù)值很高，突然降至液膜完全蒸發(fā)后的較低數(shù)值，故壁溫突然增高，在缺液區(qū)開始處，隨著于度的增加，蒸汽速度和對流傳熱系數(shù)的也相應(yīng)加大。最后，在單相蒸汽區(qū)，對流傳熱系數(shù)數(shù)值達(dá)到與單相蒸汽對流傳熱相對應(yīng)的低水平值。3、流動沸騰對流傳熱系數(shù)的測定目前，單相流對流傳熱系數(shù)的測定精度仍然未能很好解決，而兩相流對流傳熱系數(shù)的測定較單相更加困難，主要原因是沸騰或冷凝對流傳熱系數(shù)很高，過熱度Atf很小，這就必須提高測量壁溫的精度。wf本實(shí)驗(yàn)裝置通過1.4米長的管子，在一定的熱負(fù)荷下，調(diào)節(jié)冷水入口流量可直接觀察到垂直管內(nèi)的泡狀流、彈狀流、攪拌流和環(huán)狀流四種兩相流流型。并通過測量壁溫和主流溫度，確定攪拌和環(huán)狀流型下的對流傳熱系數(shù)a(w/m2?°C).對流傳熱系數(shù)的測定以下式為基礎(chǔ):QS*At1wfQ

s(t-1QS*At1wf1wf其中，Q一傳熱量(W)。Atwf一過熱度(C)(tw一內(nèi)壁溫度,tf-主流溫度)S]—傳熱面積(m2),S]=兀dL(dL:測量段管內(nèi)徑及管長)。測定對流傳熱系數(shù)a需要進(jìn)行傳熱量Q及溫度差A(yù)twf的測定。通過電加熱消耗的功率(即通過電流I與電壓V計(jì)算)可得到Q;管內(nèi)流體的主流溫度tf可用溫度計(jì)直接測出，剩下的就是測量管壁溫度，若測得壁溫，即可求得溫度差A(yù)tf。wf四、實(shí)驗(yàn)裝置1、實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)及工藝流程

、氣液分離器7、放、氣液分離器7、放1、預(yù)熱釜2、加熱下氣夾8、冷卻器9冷凝器10、冷卻水入口11、釜溫測量管12、轉(zhuǎn)子流量計(jì)13、回流閥14、水泵15、水槽16、排水閥本實(shí)驗(yàn)裝置的主體是蒸發(fā)器。其預(yù)熱釜和蒸發(fā)管的管外均鍍以電加熱膜\（玻璃材質(zhì)），即能加熱又具全透明特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)全過程可以清晰地見到熱態(tài)下氣液兩相流的四種流型和形成升膜后的流動特點(diǎn)的全貌。

測量段變壓器A,A‘,a分別為加熱釜電壓表、電流表、調(diào)壓旋鈕B,B‘,b分別為加熱下段電壓表、電流表、調(diào)壓旋鈕C,C‘,c分別為加熱中段電壓表、電流表、調(diào)壓旋鈕E,E‘ 分別為測量段電壓表、電流表D,D‘,d分別為加熱上段電壓表、電流表、調(diào)壓旋鈕2、實(shí)驗(yàn)裝置的主要技術(shù)參數(shù)a、單管升膜發(fā)生器名稱直 徑(mm)高 度(mm)材質(zhì)調(diào)壓方式額定電流和功率加熱釜巾60X2350玻璃20A加熱管上、中、下ei7xi350石英玻璃固態(tài)調(diào)壓器10A測量段ei7xi350石英玻璃自偶變壓器800W氣夜分離器e50100玻璃冷凝器冷凝器e17x1e17x110901270紫銅

保溫管巾60X2 350有機(jī)玻璃b、熱電勢與溫度關(guān)系式：t=2.73+21.84XE(°C)； E:[mv](a)泡狀流(b)彈狀流(c)攪拌流(d)環(huán)狀流

圖4垂直管內(nèi)兩相流流型示意圖c、 四種流型見圖4：d、 操作參數(shù)見下表流量L/h流型電功率(W)或電流、(A)釜溫(mv)主流溫度(mv)內(nèi)壁溫度(mv)保溫管溫度(mv)釜(A)下段(A)上"中段—量W)測段—第40—45泡狀10--14.50034.454.451.4階段35—4530左右泡狀彈狀66.03054.54.51.5第30左攪拌8.09.59.53001.54.454.451.4 二右———--——4.—4.—階段14—2040左右環(huán)狀攪拌7.09.01.5500355551.9五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟（一）實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備，檢查工作:1、水槽底閥關(guān)閉，槽內(nèi)充滿蒸餾水。泵出口回流閥10全開狀態(tài)。2、所有電器開關(guān)均為關(guān)閉狀態(tài)。3、按下熱電偶轉(zhuǎn)換開關(guān)"6"，將毫伏計(jì)短接，冰水桶放滿冰水。（二）實(shí)驗(yàn)操作:1、合閘:毫伏計(jì)讀數(shù)為零或士1字，如果毫伏計(jì)的讀數(shù)不為零，一般待預(yù)熱一段時(shí)間（20分鐘左有）即可。2、 打開冷卻水。啟動泵，開啟流量計(jì)調(diào)節(jié)閥，維持流量在40L/h左右，待蒸發(fā)管內(nèi)充滿水后，依次進(jìn)行二個(gè)階段的操作。3、 由于彈狀流是一種極不穩(wěn)定的流型，所以先進(jìn)行第一階段流型觀察實(shí)驗(yàn)。為能見到泡狀流和彈狀流的流型，此時(shí)測量段的功率必須極小，故該階段中三種流型下壁溫和主體溫度基本相同。4、 保持水流量不變（40L/h）,依次緩慢開啟固態(tài)調(diào)壓器旋鈕和自偶變壓器，逐漸加大各段電壓、電流接近指定值，一旦觀察到彈狀流流型后，維持流量和電功率均不變，讓彈狀流流型反復(fù)呈現(xiàn)一段時(shí)間后，保持該功率下，適當(dāng)加大和減少流量，分別觀察泡狀和攪拌流流型。5、 在進(jìn)入第二階段流型觀測實(shí)驗(yàn)時(shí)，先保持水流量不變（30L/h）左右，依次緩慢調(diào)整或加大各段電壓，電流到指定值（見參考值）。攪拌流和環(huán)狀流階段。在測取相對應(yīng)的熱電勢值時(shí)，并瓜伶凝器下端出口測取蒸汽冷凝液的流量。六、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、 蒸發(fā)管、釜外壁均導(dǎo)電，操作時(shí)嚴(yán)禁接觸，管外均加有機(jī)玻璃管進(jìn)行保護(hù)。2、 外電源輸入到裝置上時(shí)，必須火線接裝置的綠色線、零線接黃色線。2、操作結(jié)束，必須按下熱電偶轉(zhuǎn)換開關(guān)"6"鈕，毫伏計(jì)短接。4、 實(shí)驗(yàn)開始先啟動泵并調(diào)流量后通電加熱，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，開大流量（50L/h）運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)分鐘后，切斷加熱電路開關(guān)、流量計(jì)閥，再停泵。泵回流閥13在全部實(shí)驗(yàn)過程中不許關(guān)閉。5、 固態(tài)調(diào)壓器所顯示的電壓，電流值不是實(shí)際有效功率，不能作計(jì)算依據(jù)。6、 整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程要始終不停地觀察流型和壁溫度化、嚴(yán)防干壁，干壁一旦出現(xiàn)壁溫讀數(shù)會急劇增加，此時(shí)應(yīng)立即減少甚至完全切斷加熱電路