水和酒精Marangoni凝结换热特性研究

　　刖目双组分混合蒸汽在固体面凝结时，当沸点组分的面张力大于低沸点组分的面张力时，如果出现微小的扰动，在凝结面的凝结液会产生1阳101对流。从而出现13以邱01珠状凝结，使混合蒸汽凝结换热系数大大提高。目前国内外对混合蒸汽Marangoni凝结的研究有很多。J.N.A.

　　MOTriSOnW进行了氨的质量浓度在0.l2，2之间的水氨双组分混合蒸汽的水平管外凝结换热实验。，止，饥2通过水酒精双组分蒸汽的强制对流凝结换热实验，得出了凝结面的过冷度与凝结换热系数和热流密度关系曲线。YoshiUtaka等31进行了低浓度的水酒精混合物的凝结换热实验，得到了在低浓度时混合蒸汽具有良好的传热特性，酒精浓度，6时热流密度大，2时凝结换热系数大。YOSh1Utaka等W通过研究脱离液滴直径与极大换热系数的关系和流速对凝结特性曲线的影响，得出了大换热系数与脱离液滴直径的35次方成正比。迅51用摄动法对厘珠状凝结的理论模型进行了研究。分析上述文献对混合蒸汽Marang0ni凝结的研究可以看出，它们都是在凝结面的温度相同面上局部凝结换热系数相同的条件下得到的。但凝结液体的工程热物理学报25卷度差舁的存在也将对混合蒸汽凝结换热系数产生定影响。所以本文的主要，的是从另外个侧面即凝结面局部温度不相同时研究凝结面上混合蒸汽以叩，比凝结规律。

　　2实验系统及实验方法Marangoni凝结实验系统l.整个实验系统分为两个循环回路双组分混合工质循环系统和试件冷却水循环系统。

　　热系数。温度测量用0O.2rnrn的铜康铜热电偶。

　　蒸汽加热器为了得出试件面各部分的凝结换热系数，本实验直接测量了面的温度和其下端对应点的温度以及周围点的温度，然后利用局部热量平衡法计算出面上局部凝结换热量。进而求得面的局部凝结换热系数。

　　混合工质循环系统主要由蒸汽发生器上升管降菅冷却室辅助冷凝器容积式流量计回流管等组成。水和酒精组成的混合工质在蒸汽发生器中由电加热器加热蒸发，从蒸汽发生器出来的混合蒸汽经上升管进入冷却室，在冷却室中凝结，凝结后的液体和尚未凝结的蒸汽由冷却室下部的导管流出，进入辅助冷却器使残余混合蒸汽完全冷却，并叶进步降低凝结的混合液体的温度，后在重力作用下经过，流流至蒸汽发生器。冷却水是用冷却水循环水栗把定温度的冷却水从蓄水箱送入冷却室，冷却实验试件，冷却后的水从冷却室的下部排出，利用水管引入冷却水箱，实验时用电加热器缓慢提高蓄水箱中的冷却水温度，来改变凝结面的过冷度。

　　为了实现凝结面两端有定的温度差，通过计算和分析构造了个在常温水的冷却下，面的温度差可以达到，的黄铜试件。传热试件的剖面以及热电偶布置2.该试件薄边的厚度为40，厚边的厚度为2，宽为4由于实验试件的对称性和传热块的周围个面为绝热面，在传热块内温度可以按维处理，需要考察的只是如上2剖面的温度场和凝结面上不同位置处水和酒精混合蒸汽，凝结换右侧点灰的温度，1尸上点左侧点的温度，7户点下方点5的温度，入固体尸点和点之间的距离，rn；7蒸汽温度，1；仆尸点的凝结换热量，12；户点的局部凝结换热系数，Wm2.K，TPJP点利用文献间的方法对局部凝结换热量9和凝结换热系数的不确定度进行分析。从上述公式可，久等。影响，的因素有办9等。计算时假定这些因素相互独立。导热系数的不确定度取为2，7化。乃的不确定度取1打。可得出9的不确定度为3.66.5的不确3实验结果整理及分析由于面的温度测点比较多，研究每个温度测点处的过冷度和换热量换热系数的关系比较复杂，所以只选择了试件中靠近两端部的测点作为研凝结换热系数随面过冷度的变化关系56.在相同的面过冷度下，酒精浓度为1322时厚边的混合蒸汽凝结换热系数随着面过冷度的减小而，大。且在较小的面过冷度时，随面过冷度的减小凝结换热系数，加在混合蒸汽浓度流速相同的条件下，7边的局部凝结换热量随着面过冷度变化的特性曲线在厚边的局部凝结换热量特性曲线的上部，并且换热量9，长的速度也明显比厚边快。其中在面过冷度大于12 1的时候厚边的凝结换热量特性曲线变得平缓，而薄边的曲线还在继续上升，两端而的局部凝结换热量的差距开始增大。由于薄边的究对象，这是因为越靠近端部的点，面过冷度的差别越大，能够充分反映本实验的研究目的。

　　在凝结室内混合蒸汽流速相同的条件下，进行纯水蒸汽和不同酒精浓度的混合蒸汽凝结换热实验。

　　实验试件厚边和薄边的局部凝结换热量和换热系数随凝结面过冷度的变化分别345从34可以看出，厚边的凝结换热量特性曲线与薄边的类似。混合蒸汽的凝结换热量随面过冷度的，大而升，当面过冷度增加到某值时凝结换热量达到大，然后开始下降。在相同面过冷度时，不同混合蒸汽的凝结换热量相对纯水蒸汽变化的大小不致。酒精浓度为1322时，凝结换热量大于水蒸汽的凝结换热量，且酒精浓度为22时的换热量大。酒精浓度为37时，只是在较大的面过冷度时高于水蒸汽的凝结换热量，面过冷度较小时，混合蒸汽的凝结换热量比水蒸汽的低了很多。

　　热系数随着面过冷度的，加开始在增加，当过冷度，加到18时，凝结换热系数达到大值，然后随着面过冷度的，加而减小。同时也可以看出，在面过冷度较大时，酒精浓度为37的混合蒸汽而在实验所进行的大部分面过冷度范围内均小于水蒸汽的。薄边的凝结换热系数变化规律与厚边的类似。只是浓度为22时凝结换热系数随面过冷度减小有大值，越过大值后则缓慢降低。不同酒精浓度的凝结换热系数不同，酒精浓度为1 322时混合蒸汽的换热系数比水蒸汽的有很大提，酒精浓度为22时增加幅度大6iwi酒精浓度3，厚边薄边从凝结状态的观察可以看出，水蒸汽在试件面的凝结状态基本不随面过冷度变化，面换热始终处于膜状凝结状态。低酒精浓度的混合蒸汽在部并发生了珠状凝结，这时面的凝结换热系数己经于水蒸汽的凝结换热系数。随着面过冷度的进步减小，凝结的液滴数目，多液滴的直径进步增大，凝结换热系数就明显的提高了。酒精浓度为37的混合蒸汽在该面的凝结状态，当过冷度小的时候处于膜状凝结，此时由于低沸点成分酒精的扩散热阻，凝结换热系数低于水蒸汽的的凝结换热系数，随着面过冷度的，大，在凝结面凝结液膜破裂开始出现小的液滴，这使得凝结换热系数增大。口随着面过冷度的进步增大凝结液滴扩大合并逐渐转变为膜状凝结，凝结换热系数不局部凝结换热特性曲线持续上升，所以两端的局部凝结换热量的差距仍在加大。另方面在相同的面过冷度下，薄边的局部凝结换热系数也于厚边要快。由此可由，两端的温度差别导致了在厚边和薄边同面过冷度下的面张力的不致，其凝结面的明0流动剧烈程度也不样，所以同面过冷度下厚边和薄边的凝结换热系数不相同，厚边和薄边面上的凝结换热特性曲线的明显差异由此而产生。

　　4结论通过对混合蒸汽凝结换热实验结果的分析，可以得出在浓度差和温度差同时存在时，混合蒸汽在该试件面凝结换热的规律如下混合蒸汽与水蒸汽凝结换热量随着面过冷度的，加先，加，然后缓慢下降；低浓度混合蒸汽凝结换热系数随面过冷度的减小直，大，而且在面过冷度较小时，出现陡增趋势。在相同的而过冷度下薄边的凝结换热系数高于厚边的凝结换热系数。

　　低浓度混合蒸汽凝结换热系数高于水蒸汽凝结换热系数。不同浓度混合蒸汽凝结换热系数不同，浓度为22时凝结换热系数大，达到了水蒸汽的2.8倍。较高浓度如37混合蒸汽凝结换热系数低于水蒸汽的。这说明只是在定浓度范围内产生厘3邱，1珠状凝结，提高了蒸汽凝结换热系数。

　　不同酒精浓度蒸汽的凝结状态不相同，水蒸汽在所有面过冷度下都是膜状凝结；低酒精浓度混合蒸汽凝结时，随面过冷度减小凝结的液滴增多增大；高浓度混合蒸汽只是在较大面过冷度时才会出现小的液滴，且随着过冷度增加凝结液滴逐渐减少。