449-半椭圆管水平降膜液膜厚度图像数字化处理研究.pdfVIP

半椭圆管水平降膜液膜厚度图像数字化处 理研究 Research on Digitized Images Processing of Liquid Film Thickness of Semi-Elliptical Tube of Horizontal Falling Film 彭泰铭 周亚素 王树信 叶涛 东华大学环境科学与工程学院，上海 201620 摘 要：对不同喷淋量、管间距S、布液高度H 下的半椭圆管水平降膜过程中液膜厚度 变化进行研究，运用图像技术记录降膜过程并图像数字化处理的得到降膜的气液界面线，以 及半椭圆管液膜厚度随管壁周向角变化情况。实验与理论结果对比，吻合度良好。结果表明： 对于相同截面周长的圆管、椭圆管和半椭圆管，在相同工况条件下，半椭圆管的平均液膜厚 度最小；随着喷淋量的增加，液膜厚度先增加后变小；随着布液高度的增加，液膜厚度逐渐 变薄；随着管间距增加，液膜厚度逐渐变薄；截面周长为79 mm、长短轴比为2.1 的半椭圆 管在喷淋量为0.14 L/min 附近、布液高度H 小于15 mm、管间距S 小于20 mm,液膜厚度 稳定，有利于充分换热。 关键词：半椭圆管；液膜厚度；喷淋量；管间距；布液高度；图像数字化 0 前言 降膜式换热设备具有高效蒸发、结构经凑、传热温差小、液体充注量少等特点而被广 泛运用[1] 。目前水平式降膜蒸发器大多数采用水平圆管，虽然迎流面积大，但在很多情况下 不能满足生产节能以及一些特殊情况的需要，如何在减小形状阻力、流动阻力的同时又能强 化换热，是国内外研究的重点，因此开发和研究具有节能降耗的高效低阻强化换热元件具有 重要意义[2] 。 将上半圆下半椭圆的换热管即半椭圆管，代替传统的水平圆形换热管，既能够增大单 位截面内的换热面积，又降低了涡流对流体产生的形状阻力，使换热更加稳定[3] ；罗林聪等 [4]通过 fluent 模拟研究管形对水平管降膜圆周膜厚和Nusselt 数的影响发现蛋形管外液体沿 周向流动较圆管稍快，且获得更均匀更薄的液膜。另一方面，传热管下半部分的半椭圆管可 以加速液滴间融合，提高流体在壁面的排液速度，与圆管相比液膜厚度薄，有利于提高换热 效率，从而提高蒸发效率[5] 。 对于降膜管外的流动特性和换热机理的研究，液膜厚度是关键的影响因素 [6] 。在膜厚 的实验研究中精准度是其研究难点，因此测量方法在不断创新。目前可分为光学法、电导法、 电容法和数字图像处理法四大类[7- 11] 。而数字图像处理法测膜厚主要基于差影法, 对流体流 动不产生影响，属于非接触测量，随着图像技术的飞速发展，其处理成本降低，精度越来越 高，成为了先进创新的测量方法 [12] [13] 。陈子琪 采用该技术 研究分析了圆管液膜厚度随管 外喷淋密度、环向角、管径等3 因素的变化规律。何茂刚[14]采用数字图像处理技术结合激 光诱导荧光法对降膜流动的圆管液膜厚度在常温常压下进行了测量,分析了水平圆管和 Turbo-CII 强化管降膜流动中液膜厚度随管周角度、喷淋量、液体分布装置布液高度变化的 规律。 本文将对不同喷淋量、管间距、布液高度的半椭圆管水平降膜过程中液膜厚度变化进 行研究，运用图像技术记录降膜过程并图像数字化处理的得到降膜的气液界面线，以及半椭 第一作者简介：彭泰铭，男，1993 年，工学硕士，联系电话Email：821229108@， 毕业院校：东华大学，从事热泵蒸发、节能技术、降膜换热管研究。 圆管液膜厚度随管壁周向角变化情况。为开发研究新型水平降膜蒸发器奠定基础。 1 实验 实验装置主要有高位水箱、喷淋量计、布液喷淋管、降膜实验管、循环泵、接水池、若 干阀门、高速相机、三脚架以及电脑组成，为满足喷淋量范围，故安装两个不同量程的喷淋 流量计，为保证喷淋量读数准确，便于校核，安装总流量计和回水流量计，实验系统图如图 1所示；依据图1，安装如图2所示实物图，其喷淋流量计之间满足公式（1）： Q总 Q喷淋 +Q回水 (1) 图1 实验系统图