气液相变换热器传热机理及应用研究开题报告

全文总字数：3420字

1. 研究目的与意义（文献综述）

“节能减排”是我国经济和社会发展的一项长远战略方针,切实关系到可持续发展以及资源的合理利用。而相变换热器具有维持受热面最低壁温较高水平的同时,还能大幅度的降低金属设备温度,且壁温可调可控,能消除低温腐蚀，为改善热污染和节约能源提供有效的途径。

相变换热技术是由热管技术演变而来，同时借鉴了分离式热管理论，相变换热器将原热管换热器中相互独立的部分，优化设计使其形成一个联通的的结构化整体。

热管是一种高效的导热元件,其导热能力可达到良导体铜和银的几倍到几万倍,而且热管换热器具有非常高的导热效率,导热系数为传统换热器的10～20倍。它可以将大量的热量通过很小的截面远距离输送，不需额外做功，更加节能。热管换热器内部各支热管相互独立, 便于更换维修。因此热管被广泛运用于化工、建筑、冶金、轻工、能源、动力、电子、航天等领域。

近年来，国内外学者利用试验和数值模拟进一步优化改进相变换热器，提高其传热性能，对相变换热技术进行了大量的研究。周梦^[1]等使用fluent软件分别对水蒸气和空气-水蒸气在竖直平板上的冷凝换热进行数值模拟，发现当水蒸气中混入空气时, 严重影响了冷凝换热性能，且换热系数随空气质量分数的增加而降低；戴世佳^[2]研究了相变换热技术对燃煤锅炉进行低温余热回收，对相变换热器内部循环工质水相变流动传热过程进行了模拟分析，发现传热系数随蒸发段所受热流密度的增大而增大，随冷凝壁面温度的升高，随蒸发冷凝段长度比的增大而减小；张焱^[3]通过设计室内供暖系统，对储热式相变换热其换热管蓄热过程进行研究；吴学红^[4]等通过建立三维单流道模型，数值模拟了板式换热器内沸腾流动的传热和压降特性；卿倩^[5]等利用 fluent14.5软件对二维热管进行数值模拟，研究了充液率对重力热管传热效率的影响，计算了4种不同充液率下热管的壁温分布及热阻大小；davoud^[13]研究了两相闭式热虹吸管(tpct)的瞬态性能；janusz t^[14]等研究了不同加热功率下两相流热虹吸管的换热特性；esapour^[15]对多管相变换热器截面建立二维模型, 发现提高入口温度和增加内部管的数量增加对熔化增速明显, 而增加质量流速影响较小。

2. 研究的基本内容与方案

在工业生产中，两相流常见的有气液两相流，气固两相流，液液两相流，液固两相流等，两相流常常伴随着相变的发生，通过相变潜热的传递来起到强化换热的目的。相变换热技术换热面积小，换热率高，用途广泛，相比于传统换热器更能适用于高热流密度的场合。水方便易得，成本低，相变潜热大，是相变换热器的普遍应用工质。研究气液相变的传热过程及应用对提高换热器效率，增加应用场合有重要意义。

具体主要内容如下：

1）热管技术作为传热传质过程强化的一种新技术，其工作原理是利用内部热传导和外部快速冷却，将管内部热量转移到热管外部，具有超导热性。重力热管由于没有吸液芯，因 其结构简单、加工容易的特点，被广泛用于能源、电子、化工等领域。对热管内如何利用气液相变传热的机理过程进行数值研究。

2）气液相变换热过程应用广泛，对应用过程及目的进行研究。

3. 研究计划与安排

第1-3周：收集相关资料，翻译英文论文，通过调查完成开题报告和文献综述；

第4-10周：阅读论文，掌握相变换热器的传热机理，对圆管内气液相变传热过程进行仿真研究，了解相变换热的实际工程应用；

第11-12周：撰写毕业设计论文；

第13周：论文初稿交指导教师审阅，修改定稿，装订成册；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]周梦,虞斌,曹宇.相变换热器中蒸汽冷凝数值研究[j].化工机械,2018,45(06):730-737.

[2]戴世佳. 相变换热器技术回收低温余热的应用与研究[d].江苏大学,2018.

[3]张焱. 蓄热式相变换热器的设计与数值模拟优化[d].西安建筑科技大学,2016.

[4]吴学红,李灿,龚毅,张军,赵敏.板式换热器相变流动的传热及压降特性[j].化工学报,2017,68(s1):133-140.