汽-液-固三相水平循环流化床蒸发器传热特性和压降的研究

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循环流化床换热技术将流化床技术和换热过程相结合,可实现换热设备的在线强化传热。为考察三相水平循环流化床蒸发器的传热性能和压降,本文设计并构建了一套气-液-固三相水平循环流化床蒸发装置,以聚甲醛颗粒作为惰性固体颗粒,分析了颗粒加入量、循环流速、热通量及颗粒粒径等操作参数对三相水平循环流化床蒸发器传热性能和压降的影响。水平床不同竖直高度位置的传热性能及其差异也被系统研究。
  研究结果表明,聚甲醛颗粒的加入明显提高了水平循环流化床蒸发器的传热性能。实验中四种不同尺寸的聚甲醛颗粒,最大的增强因子分别为60.14%、59.89%、71.5%和66.71%,相对应的压降比率分别为35.7%、58.9、60.3%和78.3%。
  不同的操作参数对强化传热的影响是不同的。随着颗粒加入量的增加传热增强因子总体上是先增加后减小,但压降比率增加或者波动。颗粒加入量对传热性能的影响已经利用已有的可视化实验进行了分析。循环流速的增加使传热增强因子呈现波动趋势,压降比率逐渐降低。循环流速对传热性能的影响已经利用已有的可视化实验进行了分析。热通量的增加不利于强化传热,随着热通量的增加,传热增强因子不断减小,同时压降比率也逐渐减小。颗粒粒径的增加,使传热增强因子先增加后减小,压降比率逐渐波动。实验范围内POM3颗粒强化传热效果最佳。
  实验中关于水平床不同竖直高度位置的传热性能及其差异的研究结果如下:不同竖直高度对流传热系数随操作参数的变化趋势与平均对流传热系数一致。随颗粒加入量的增加,水平循环流化床不同竖直高度之间对流传热系数的差异逐渐增大。但随循环流速的增加,其差异略微减小。随热通量的增加,其差异不断波动。而随颗粒粒径的增加其差异是先增加后减小。在热通量较低时,水平床底部的对流传热系数大于中部和顶部,在热通量较高时,水平床顶部的对流传热系数大于中部和底部。本文关于三相水平循环流化床蒸发器传热特性的研究结果有助于促进其在工业中的大规模应用。
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