[发明专利]一种用于测试降膜蒸发器预热和蒸发传热性能的方法

说明书

本发明属于化工技术领域。本发明公开了一种用于测试降膜蒸发器预热和蒸发传热性能的方法，其包括，向降膜蒸发器中通入热源，将测试流体以沸点温度通入到降膜蒸发器中进行蒸发传热性能测试，测试并记录数据；通过降膜蒸发传热分析，获得液膜平均雷诺数与降膜蒸发传热系数的关系；再次将测试流体以常温通入到降膜蒸发器中进行传热性能测试，测试并记录数据；通过热量平衡分析，区分降膜预热阶段长度与降膜蒸发阶段长度；通过降膜预热传热与降膜蒸发传热分析，计算降膜蒸发器预热液膜无因次传热系数和蒸发液膜无因次传热系数。本发明通过分离降膜流动过程中的降膜预热阶段和降膜蒸发阶段，准确测量降膜蒸发器预热传热性能和蒸发传热性能。

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其是涉及一种用于测试降膜蒸发器预热和蒸发传热性能的方法。

背景技术

立式降膜蒸发器作为工业上主要的蒸发设备，广泛应用于海水淡化、食品加工、化工、造纸、污水处理等领域。其主要包括上筒体、蒸发原液进口、传热管、上管板、壳体、加热热源进口、热源出口、下管板。蒸发原液从进口流入到上筒体内，当上筒体内的蒸发原液的液位上升到降膜管的上管口时，就会从上管口向管内进行布膜，降液膜在重力、界面剪切力等作用下沿竖直壁面以薄膜的形式向下流动。液膜在向下流动的过程中受到壳体内热源加热，其液膜温度升高达到沸点，所产生的二次蒸汽从液膜表面脱离进入降膜管的中心，并带动降膜管内壁液膜一起向下流动，浓缩原液和二次蒸汽一道从降膜管的下口流出。降膜蒸发器应用量大面广，由于流体在降膜蒸发器内以预热状态单相流动及蒸发状态两相流动时，传热系数相差较大，因此，精确测试降膜蒸发器预热传热性能(单相对流传热)和蒸发传热性能(相变对流传热)对于工程设计、工业应用及技术升级具有重要的现实意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于测试降膜蒸发器预热和蒸发传热性能的方法，通过分离降膜流动过程中的降膜预热阶段和降膜蒸发阶段，准确测量降膜蒸发器预热传热性能和蒸发传热性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于测试降膜蒸发器预热和蒸发传热性能的方法，包括以下步骤：

首先向降膜蒸发器壳体中通入热源，将测试流体以沸点温度通入到降膜蒸发器传热管中对降膜蒸发器进行蒸发传热性能测试；测试并记录流体进入降膜蒸发器的温度、流体流出降膜蒸发器的温度、热源的温度、流体在降膜蒸发器中蒸发的质量和测试时间等测试数据，测量计算降膜蒸发器传热管的长度、外径、内径及外表面积等降膜蒸发器尺寸数据。

通过降膜蒸发传热分析，可以获得液膜平均雷诺数与降膜蒸发传热系数的关系。

再次向降膜蒸发器壳体中通入热源，将测试流体以常温通入降膜蒸发器传热管中降膜蒸发器进行传热性能测试，测试并记录测试流体进入降膜蒸发器的温度、流体流出降膜蒸发器的温度、热源的温度、流体在降膜蒸发器中蒸发的质量和测试时间。

当流体以常温状态进入传热管内时，流体流动过程分为降膜预热和降膜蒸发两个阶段；根据降膜蒸发阶段液膜平均雷诺数及开始降膜蒸发实验所获得的液膜平均雷诺数与降膜蒸发传热系数的关系，通过线性插值的方法，获得蒸发阶段液膜平均雷诺数所对应的降膜蒸发传热系数；然后根据热量平衡分析，将降膜预热阶段长度和降膜蒸发阶段长度预以区分。通过降膜预热传热与蒸发传热分析，利用公式计算降膜蒸发器预热液膜无因次传热系数Nu₁，利用公式计算降膜蒸发器蒸发液膜无因次传热系数Nu₂。

不同流量下多次测试并采用最小二乘法对获得的降膜蒸发器预热液膜无因次传热系数和蒸发液膜无因次传热系数进行数据拟合，得到降膜蒸发器预热传热和蒸发传热关联式。

作为优选，热源为不小于100℃的饱和水蒸气，所述测试流体的温度不大于100℃。