降膜蒸发器传热效率高、动力消耗低、结构紧凑,广泛应用于蒸发结晶工艺中。蒸发器降膜管内液体成膜质量和传热特性,直接影响到蒸发器的蒸发效率和正常运行。本文围绕竖管降膜蒸发器管内降膜流动与蒸发传热特性,进行数值模拟研究。设计了模拟试验方案。竖管降膜是指工质在重力作用下,经由布膜插件与降膜管之间的环形间隙,贴合管壁向下流动,实现布膜的过程。基于竖管周向对称的合理假设,建立二维对称几何模型,运用ICEM软件对模型进行结构化网格划分,并进行了网格无关性试验。为了研究常温条件下液膜形态与流动特性和加热条件下液膜传热特性,分别进行了冷态成膜模拟和传热模拟。探讨了降膜蒸发CFD模拟的一般方法。本文基于压力-速度耦合求解器,选用k-ε湍流方程和两相流模型,考虑液膜与壁面的相互作用,运用PISO算法对竖管内降膜流动和传热过程进行了非稳态条件下的数值模拟。其中,冷态模拟以水和空气为介质,采用VOF方法和几何重建技术精确捕捉气液两相交界面;传热模拟在冷态模拟的基础上,以水和水蒸气为介质,添加能量方程和相变方程,模拟液膜传热蒸发过程。研究了管内冷膜成形及流动特性,以液膜波动程度和液膜厚度作为液膜稳定性的评判标准,研究了喷淋密度、插件与管壁之间的环形间隙、管径对液膜稳定性的影响。结果表明:液膜波动程度和液膜径向速度均沿流动方向逐渐加大。喷淋密度越大,液膜越厚,稳定性越强,当喷淋密度小于1.248kg/m?时,工质无法形成连续完整的液膜;在一定范围内,液膜厚度与稳定性均随着环形间隙的增大而增大,当环形间隙为2mm时,液膜稳定性最好;管径过大会造成液膜间断性滞留,管径过小会造成液膜局部堆积,最佳管径为30mm。研究了管内液膜传热及流动特性,以液膜稳定性、壁面热通量、工质蒸发量为依据,研究了喷淋密度、管壁温度、工质入口温度对液膜传热特性与蒸发效果的影响。结果表明:管内液膜温度沿流动方向逐渐上升,且上升幅度逐渐增大,呈现出“上低下高”的分布特点,气相温度变化与之相反。增大喷淋密度能改善液膜稳定性,但会降低工质蒸发量,存在最佳喷淋密度;提高壁面温度能有效增加工质蒸发量和壁面热通量,应在保证液膜稳定的条件下适当升高壁温,本文条件下,最佳壁温为423K;提高工质入口温度能增加蒸发量,但会降低壁面热通量,当工质入口温度大于368K时,入口温度对工质蒸发量和壁面热通量的影响减弱。