不凝气体对蒸汽冷凝传热性能影响的研究开题报告

全文总字数：1937字

1. 研究目的与意义

在工程实践中，蒸气冷凝过程往往掺杂着不凝气体，这对冷凝换热有着显著影响。如水蒸气-空气混合气体表面膜状冷凝过程，混合气体中的水蒸气在过冷壁面上发生膜状冷凝，即形成冷凝液膜，而其中的不凝性气体由于不能进入液膜因而在气液界面聚集，形成了蒸气不凝气体组分扩散层。蒸气需通过扩散和对流两种方式穿过该扩散层才能在气液界面上继续冷凝。不凝气体在气液界面附近聚集导致蒸气浓度降低，进而饱和温度下降，且低于主体环境的饱和温度。纯蒸气膜状冷凝过程中，冷凝液膜是冷凝传热的主要热阻。随着组分扩散层的形成，主体混合气体和冷凝界面的传热传质阻力会随着界面附近不凝气浓度的升高而增加。当不凝气体浓度达到一定程度时，组分扩散层会变成冷凝传热的主要阻力。在达到稳定状态前，随着蒸气冷凝的不断进行，不凝气体浓度越来越高，组分扩散层内浓度梯度越来越明显，传质和传热阻力会越来越大。因此，不凝性气体存在时，冷凝换热系数会明显下降。

研究不凝气体对蒸汽冷凝传热性能的影响，提高能源的利用率，可用于工业节能。蒸汽冷凝传热中，不凝气的存在将导致传热过程的严重恶化，所以研究不凝气对冷凝传热的影响是十分重要的。本课题主要研究含不凝气蒸气冷凝传热的机理、规律和过程，并探讨不凝气体流速和浓度分别对冷凝传热性能的影响。研究含不凝气的冷凝传热问题，探索改善传热、提高传热系数的途径，来降低能耗，节能减排。

2. 国内外研究现状分析

对于不凝气体的研究，在国内外早有展开，对于不凝气体在不同管道中分别对冷凝传热的影响，各位学者的研究也有了显著地成果，下面来列举一些国内外的研究实例。

在国内，罗棣庵、黄良璧对板式换热器的波纹槽道内含不凝气的水蒸汽的凝结换热进行实验研究。他们认为含不凝气体的蒸汽在波纹槽道中的冷凝是在两相三维滴流作用下，通过蒸汽分子微团宏观的混合运动来实现的。在整个冷凝过程中不存在有明显相分界面的不凝气体层，从而使传质热阻对冷凝传热的影响程度大大降低。

熊孟清研宄蒸汽－空气混合物在水平圆管外表面的冷凝传热，讨论了空气含量、混合气体压力及壁面过冷度对有效冷凝传热系数的影响。

3. 研究的基本内容与计划

内容：不凝气体对微通道中冷凝传热过程的影响

计划

第1~2周：查阅资料，完成开题报告。

第3~4周：完成翻译，了解冷凝传热的概念与发展概况。

4. 研究创新点

基于VOF方法，运用Fluent软件对水蒸汽-空气混合气体在微通道中的冷凝过程进行数值模拟。