含微细颗粒混合气体竖直槽道内冷凝换热特性实验研究 管城熠.docVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：143311 含微细颗粒混合气体竖直槽道内 冷凝换热特性实验研究 管城熠,贾力 (北京交通大学机械与电子控制工程学院热能工程研究所,北京 100044 微细尺度流动与相变传热北京市重点实验室，北京 100044) (Tel:010Email:ljia@bjtu.edu.cn) 摘要：采用氮气、水蒸气和褐煤煤粉混合模拟褐煤烟气，在水蒸气质量分数为30%，褐煤煤粉颗粒粒径小于70um，1.37 g/m3，混合气体雷诺数为24331的参数范围下 关键词：褐煤；冷凝换热；颗粒粒径 0引言 我国褐煤资源较多，普遍集中于缺水地区，褐煤烟气余热量高且水分含量较大，因此清洁高效地对褐煤烟气进行能量回收和水回收成为了人们关注的焦点[1,2]。褐煤烟气中含有一定浓度的煤粉微细颗粒，研究微细颗粒对能量回收及水回收的影响具有重要意义。 学者们已经对竖管内含不凝气体的混合气体冷凝换热特性进行了大量研究3-9]，Lee and Kim[10]实验对比了槽道内不凝气体的混合气与纯蒸汽的冷凝换热系数发现由于气体的存在对冷凝换热系数产生了很大的影响[11]在对水蒸汽质量含量在8%-28%的混合气体在竖管内冷凝换热特性进行研究，发现雷诺数在3000-7000范围时，壁面温度越低，液膜越厚，冷凝液量越大，并且液膜厚度随着雷诺数的增大也增大。齐巍等[12]用实验的方法对含有大量不凝性气体冷凝换热过程中的影响因素进行了分析，认为冷却水管壁面温度增加对潜热换热起到了抑制作用。 公开的文献中关于颗粒对换热影响的研究较少[12]-[15]，高翔[16]在颗粒运动强化气壁对流传热的机理研究中提出了颗粒碰撞壁面过程中颗粒打破边界层的强化传热模型，通过模型计算了风速、颗粒浓度和粒径等因素对边界层的扰动和对传热的影响。张义[17]用数值模型方法对竖直管内颗粒对边界层的扰动和对管壁磨损的研究中得出结论，在一定颗粒直径范围内颗粒直径增大时，扰动作用减弱，切应力几乎不变。 资助项目：科技部“863”课题（No.2006AA05Z228） 本文以竖直槽道内含微细颗粒的冷凝换热特性为目标探索颗粒浓度和颗粒粒径为冷凝换热的影响 1 研究方法 实验系统与实验方法 用氮气、水蒸气和褐煤煤粉配比混合气体模拟褐煤烟气，控制煤粉浓度和煤粉颗粒大小进行实验，实验系统如图1所示。 图 实验系统示意图 整个实验包括混合气制备系统冷却水系统 图2 实验段示意图 实验数据处理方法 Re 实验段处，混合气体的Re为： (1) 其中：为混合气体的来流速度，m·s-1；为混合气体的运动粘度系数，m2·s-1；为特征尺度，m。 1.2.2 Nu数 根据热平衡，混合气体侧总体换热量[11]： (2) 其中：ml为冷却水质量流量，kg·s-1；cpl为冷却水定压比热容，kJ·(kg·℃)-1；为冷却水进口温度，℃；为冷却水出口温度，℃；mg为混合混合气体质量流量，kg·s-1； cpg为混合气体定压比热容，kJ·(kg·℃)-1；为混合气体进口温度，℃；为混合气体出口温度，℃；m为冷凝液辆，kg·s-1； r为水的汽化潜热，kJ·kg-1；h为混合气体侧复合换热系数，W/m2·℃； 为混合气体平均温度，℃； 为冷却水平均温度，℃； A为冷凝壁面表面积，m2；传热温差选用气体主流温度与管壁面的平均温度之差： (3) 总体换热努塞尔数为： (4) 其中：为混合气体的导热系数，W·m-1·℃-1； h为传热系数，，W·m-2·℃-1； d为特征长度，m。 为了减小实验中的随机误差，每一个工况都取五个数据点，整理数据时，以气侧和冷却水侧的热平衡的相对误差作为判据，舍去不合理或相对误差比较大的点。 根据热量守恒原理，理论上式（2）中的，但在实际操作中存在误差，因此本文取实验段总换热量Q为： （5） 热平衡的相对误差取为15%，凡相对误差大于15%的点，均舍弃。 1.2.3 潜热换热量和显热换热量的确定方法 （6） 式中为混合气体质量流量kg·s-1由流量计分项测量后计算得到为混合气体