[发明专利]一种水浴换热器溢水板冗余临界高度确定方法

说明书

本发明公开了一种水浴换热器溢水板冗余临界高度确定方法，该方法通过公式(1)和公式(2)计算水浴换热器溢水板冗余临界高度，即泡状流区域溢水板超出液面高度的临界值，进而确定水浴换热器的结构参数，以满足工程需要。与现有技术相比，本发明水浴换热器溢水板冗余临界高度确定方法通过利用气体体积流量、孔板孔口气体静压、孔板直径、气泡通过孔板孔口的初始直径等参数计算得出泡状流区域溢水板超出液面高度的临界值，从而能方便快捷地确定水浴换热器的结构参数，来满足工程需要。

技术领域

本发明属于气液两相流直接接触换热技术领域，具体涉及一种水浴换热器溢水板冗余临界高度确定方法。

背景技术

气液两相流直接接触换热一直以来都是传热学领域热门的研究课题之一，以这种方式进行传热的换热器与间壁式换热器比较，具有不易腐蚀、不易结垢、传热系数高、传热温差小、可在低温下操作等优点，因此这类换热设备在煤化工、石油化工领域得到广泛的应用，如流化床、洗涤冷却池、德士古气化炉等，这类装置还可以实现吸收气体混合物中的某些成分、净化除尘、气体增湿或干燥等功能，但它最广泛的用途是强化传热。从传热学角度出发，在不考虑温差的情况下，气液两相直接接触的传热面积、冷热流体之间的掺混强度和持续时间，是决定这类换热器传热效率的主要因素。

结合工程实际，于遵宏提出了高温煤气与水直接洗涤的换热除尘系统，设备主要通过环形喷水管和鼓泡区实现除尘和热质传递；周小铜设计出了煤矿井下巷道施工用水浴式除尘装置，该装置主要依托抽水泵将箱体中的水抽向空中形成喷雾，利用喷雾降尘原理，使空气中的粉尘与水结合后，再次落入其下方的水箱中，经沉降过滤，水箱中的水达到循环使用的目的；卢瑞华以洗涤冷却池为研究对象，搭建了传热模型，对模型中的气体下降管中心温度分布进行了实验测试，并以泡状流相关参数为优化依据，对洗涤冷却池内部结构进行了优化设计；谢海燕采用VOF模型对水煤浆汽化炉激冷室内合成气穿越液池过程的流动特性进行了数值模拟研究；陈意心采用欧拉双流体模型对水煤浆汽化炉洗涤冷却池内气液两相的分布特性进行了数值模拟研究；Mendelson从波动理论的角度出发，建立了湍流区泡状流中气泡瞬态速度与瞬态直径的函数关系。然而，水浴换热器气液两相触接时间短、接触面积小、液相水存在“死区”的问题依然突出，并且用于强化换热的水浴换热器溢水板冗余临界高度的确定方法尚未形成。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的之一在于利用传热学和流体力学的基本理论，结合气液两相流直接接触的传热特点，提供一种水浴换热器溢水板冗余临界高度确定方法，可以方便快捷地确定水浴换热器的结构参数，以满足工程需要。

本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的：一种水浴换热器溢水板冗余临界高度确定方法，所述水浴换热器包括进风管、溢水板、装置外壁、孔板、液位计；装置外壁形成储存水的空间，溢水板为筒状，设置于装置外壁中；孔板设有多个孔板孔口，横向安装于溢水板，将溢水板内部分为上下两部分，进风管末端插设于溢水板内部下部，设置出气孔与溢水板内部连通，溢水板内部上部形成泡状流区域，溢水板外部形成外侧水域，溢水板下方还设有通道连通外侧水域，泡状流区域和外侧水域组成水浴换热区；热流体从进风管进入，在出气孔处与冷流体初始接触，受到水的浮力作用，气流上升并通过孔板上的孔口变成泡状流；气流的进入会同时引起泡状流区域液面的上升，当上升高度大于溢水板高出液面高度后，水流从溢水板溢出进入外侧水域，而外侧水域与泡状流区域构成了一个连通器，两侧液面为了保持相平，水流会不断从溢水板下方的通道进入泡状流区域，使冷热流体进行充分搅动，增强换热效果；该方法通过公式(1)和公式(2)计算水浴换热器溢水板冗余临界高度，即泡状流区域溢水板超出液面高度的临界值，进而确定水浴换热器的结构参数，以满足工程需要，

H＜G·P_静·C(G)                    (1)

其中，C(G)是关于G的函数，由公式(2)表示