分液冷凝器中气液分离过程的理论分析VIP免费

资助项目：国家自然科学基金资助项目(No.U0934006)作者简介：陈颖，女，教授*Tel:020-39323581,E-mail:chenying@gdut.edu.cn分液冷凝器中气液分离过程的理论分析谭凯，陈颖*广东工业大学材料与能源学院，广州，510006摘要针对分液冷凝换热器的气液分离流动过程，建立了稳定流动情况下的一维数学模型。模型综合考虑了静压，重力，表面张力，切应力，孔径和孔数的影响。考察了在稳定状态下孔径，孔数及其组合方式对气液分离的影响。同时还考察了入口干度和流量对气液分离的影响。发现孔径和孔数对气液分离的影响基本相同，但是干度和流量的影响却是相反的。关键词气液分离，孔径，孔数，干度，流量ATHEORYANALYSISOFLIQUIDVAPORSEPARATIONINLIQUIDVAPORCONDENSERAbstract:Amathematicalmodelhassetuptoinvestigatethesteadystateofliquidvaporseparationprocess.Themodelincludesthecontributionsofstaticpressure,gravitationalforce,surfacetension,shearstresses,orificediameterandnumber.Theseparationperformancewasresearchedunderdifferentorificediameter,number,theircombination,inletqualityandflowrate.Theresultsshowthatorificediameterandnumberhavesimilareffectonperformancewhileinletflowrateandqualityhaveoppositeeffect.Keywords:liquidvaporseparation,orificediameter,orificenumber,quality,flowrate0前言气液分离技术被广泛的应用于各种化工过程，目前分离技术运用得比较多的有重力沉降分离，惯性分离，纤维过滤分离，旋流分离[1-3]和膜分离[4]。KhairyElsayed[5]运用雷诺切应力模型对旋风分离器的入口尺寸对流场的分布和分离器的性能进行了数值计算，发现随着入口尺寸的变大最大的切向速度将减少，而压降将减小。S.Movafaghian等[6]针对分离器的形状，流体物性和压力等因素对旋风分离器的流动特点进行了实验研究。HyonsooAhn等[5]对在微重力情况下离心力对气液分离现象的影响进行了实验研究，发现入口管越小，入口液相速度越大，气泡越大的情况下气液分离效果越好。在高的液相速度下入口管径和气泡大小对分离影响不大。本文介绍一种巧妙的融合到冷凝器中气液分离方法。这种冷凝器是由彭晓峰等[7-8]发明的一种分液冷凝方法：将冷凝器管程分为多个流程，并在流程之间进行汽液分离，及时排出冷凝液，提高下一个流程的进口干度。该冷凝方法采取了多流程和提高干度的设计思想，可使冷凝器的换热性能得到提升。由该方法设计的分液冷凝器结构原理图见图1。图1换热器原理图这种分液冷凝器与普通的平行流换热器相比，关键在于气液分离装置。分液冷凝器是通过在联箱内设置多孔隔板来实现工质的气液分离。气液分离的原理如图2所示。过热蒸汽进入冷凝器第一管程被冷却介质冷却，以一定干度的气液两相态从图中进口进入联箱内。由于气液两相存在密度差，气相制冷剂将聚集在联箱的上部，而液相制冷剂将流到隔板上。隔板上的小孔孔径较小（Ø=0.5~3mm），工质在细小管道流动受到的毛细作用力与重力相当，阻碍着流体的流动。加之孔径大小及布置方式不同带来的流动局部摩擦损失不同。孔径尺寸以及组合方式的正确设计可以起到调节液体流量的作用，即只允许部分液相工质通过，而其余的液体将会集聚在多孔隔板表面形成液膜，阻碍着气相工质流经隔板，实现良好的气液分离。图2气液分离原理图由此可见：要实现联箱隔板良好的气液分离效果，需要详细研究诸多因素的共同影响。本文采用理论分析方法建立了液相工质流经联箱隔板的理想一维稳定流动方程，综合考虑了表面张力，重力，压力差和局部阻力的作用。考察其实现良好气液分离，即保证液相工质在一定直径联箱的隔板上具有一定液面高度△H时，多孔隔板的几何结构（孔组的流通面积、孔径组合方式）以及入口流量、干度对气液分离的影响。1物理模型的建立1.1多孔流动模型要形成良好，稳定的气液分离，需要液相工质在隔板上形成一定厚度的稳定液膜，阻止气相工质穿过隔板，而当液膜被破坏时气液分离作用将失效。将换热器联箱管列简化为简单的物理模型，如图3所示。假设联箱的容积足够消除两相来流的动量，忽略液相来流对液膜的冲量作...