水平降膜蒸发器具有换热系数高、传热温差小、结构紧凑等优点而被广泛应用于海水淡化、石油化工、制冷等工程领域。水平降膜蒸发器采用的换热管有圆管、异形管等,而圆管外液膜流动性较差,液膜易在管顶和管底发生堆积,造成液膜厚度增加,大大降低换热效率。异形管有椭圆管、蛋形管等,虽然能够减小管外液膜的厚度,但液膜降落到每根换热管上时,在管顶和管底还会发生液膜堆积。针对圆管与异形管均存在液膜堆积的问题,本文提出一种异形截面的换热管(曲面管),其截面具体形状与α角、凸弧数n两个特征参数有关,其设计思想:减少每根换热管上发生液膜堆积的次数,扩大液膜分布较薄区域的面积。本文主要对曲面管外液膜厚度分布情况和管内流场均匀性进行初步研究,主要研究内容包括:(1)建立圆管和曲面管外降膜流动物理模型。通过对基本控制方程的求解,推导出圆管和曲面管外液膜厚度分布函数,理论计算结果表明:α角为60°的曲面管比α角为45°和50°的曲面管液膜厚度分布更薄,其曲面管外液膜平均厚度随n增大而减小且趋于一个极值。当n=2时,曲面管外液膜平均厚度比圆管小12.2%,故将α角为60°的曲面管定为最优管形进行数值模拟。(2)采用两相流VOF计算模型对水平曲面管及圆管外液膜流动过程进行数值模拟。研究了喷淋密度、布液高度、截面形状影响因子n等不同参数对液膜厚度分布和速度的影响,结果表明:a)曲面管外液膜厚度变化规律与圆管相似,沿X轴方向呈现先减小后增大的变化规律。管外液膜厚度随喷淋密度增大而增大,随布液高度增大而减小。b)曲面管的凹弧壁面能够有效引导液膜流动分布,使得液膜流速平缓增大,液膜厚度变薄且分布均匀。c)在相同工况时,曲面管外液膜平均厚度随n增大而减小,与理论计算结果一致。当Γ=0.22kg/(m·s)时,曲面管(n=2)外液膜平均厚度比圆管小13.82%,曲面管(n=3)外液膜平均厚度比曲面管(n=2)小7.72%,曲面管(n=4)外液膜平均厚度比曲面管(n=3)小5.15%。(3)采用雷诺时均法对曲面管内流场进行数值模拟,结果表明:流体在管内入口附近产生较大的回流区,占降膜区长度的29%,且管内中上游流场速度分布均匀性较差。在加设非均匀布置的导流板后,回流区缩小至降膜区长度的4.95%,且流场速度分布均匀性更好。