（制冷及低温工程专业论文）摇摆状态下管内降膜流动流场模拟.pdf

摘要 将吸收式制冷系统用于远洋渔船的海产晶冷冻保鲜是解决我国远洋渔船 污染环境、浪费能源的重要途径之一。而了解吸收式制冷系统中最重要的组成 部分一一致收器在船舶的颠簸摇摆状态下的性能变化是吸收式制冷系统能否用 于涌船的关键。本文主要研究并模拟了摇摆状态下管内睁膜吸收过程中的液膜 流动流场，为进一步研究摇摆状态下吸收器吸收性能的变化打下了必要的基 l 出。 本文首先研究了船舶在海洋中的运动，建立了船舶摇摆运动的简化物理 模型和数学模型，得到了运动附加力的表达式；并在此基础上将吸收管的运动 附加：匀表达式代入静止状态下液膜流动的数学模型中，即得到了摇摆状态下液 膜流动的数学模型；然后对液膜流动的数学模型进行了简化，在假定了速度分 布的条件下，得出了液膜流动的积分方程，经过以上简化就将求解三维问题转 化成为求解二维问题：将积分方程离散化后用数值计算的方法模拟了整个流 场。 把数值模拟的流场和静止状态下的流场进行对比，得出了摇摆运动对管 内液膜流动具有非常重要影响，相应地对吸收器吸收性能也具有非常重要的影 响的结论。最后根据计算结果讨论了喷淋密度摇摆周期和摇摆幅度对液膜流 场的影响，在其他条件不变时喷淋密度越大，摇摆周期越小和摇摆幅度越大沿 管周方向的液膜流速分布和液膜形状分布就越不均匀。 关键词：摇摆状态；竖直管；降膜流场模拟 a b s tr a c t o c e a nf i s hc u l t u r eo fo u rc o u n t r yi sf a c e dw i t ht w os e r i o u sp r o b l e m s ，o n ei s e n v i r o n m e n t p o l l u t i o na n dt h eo t h e ri se n e r g yw a s t e i ti so n eo fi m p o r t a n tw a y s t os o l v et h ep r o b l e m st ou s ea b s o r p t i o ns y s t e mo nt h eo c e a nf i s h e r s b u tt h e c h a n g eo f t h ep e r f o r m a n c eo ft h ea b s o r b e r ，w h i c hi sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n ti n t h ea b s o r p t i o nm a c h i n e ，u n d e rt h ef l u c t u a n ts t a t eo ft h ef i s h e ri st h ek e yt h a t d e t e r m i n e sw h e t h e rt h ea b s o r p t i o ns y s t e mc a nb eu s e do no c e a nf i s h e r s 。i nt h i s p a p e rt h ef l o wf i e l do ff a l l i n gf i l ma l o n gt h ei n n e ro f v e r t i c a lt u b ei ss i m u l a t e d a n di t st h en e c e s s a r yb a s eo ft h ef u r t h e rr e s e a r c ht h a ti n c l u d e sc h a r a c t e r i s t i c so f h e a ta n dm a s st r a n s f o ri nt h ea b s o r b e ru n d e rt h ef l u c t u a n ts t a t e i nt h i s p a p e rt h e o c e a nf i s h e r sm o v e m e n ti nt h eo c e a ni ss t u d i e da n dt h e p h y s i c a la n dt h em a t h e m a t i c a lm o d e l so f f i s h e ra r cf o u n d e d ，t h e nt h ee x p r e s s i o n s o ft h ef o r c ec a u s e db yt h em o v e m e n ta r eo b t a i n e d t h e e x p r e s s i o n sa r ec o m b i n e d w i t h p a r t i a l d i f f e r e n te q u a t i o n so ff a l l i n gf i l mu n d e rt h es t a t i cs t a t e ，t h u st h e m a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h ef a l l i n gf i l mu n d e rf l u c t u a n ts t a t ec a nb eg a i n e d a f t e r s i m p l i f y i n gt h ee q u a t i o n sa n ds u p p o s i n g t h ep r o f i l eo fv e l o c i t y ，t h e i n t e g r a l e q u a t i o no f t h ef a l l i n gf i l mi sg o t t e n t h e nt h ef l o wf i e l do ft h ef a l l i n gf i l mc a n b es i m u l a t e d t h r o u g hd i s p e r s i n g t h e i n t e g r a le q u a t i o n a n du s i n gn u m e r i c a l m e t h o d s c o m p a r i n gt h ef l o wf i e l do fc o m p u t a t i o nu n d e r t h ef l u c t u a n ts t a t ew i t hw h i c h u n d e rs t a t i cs t a t e ，t h ec o n c l u s i o n sc a r lb ed r a w nt h a tt h ef l u c t u a n tm o v e m e n th a s a v e r yi m p o r t a n t e f f e c to nt h em o v e m e n to f f a l l i n gf i l m k e yw o r d s ：f l u c t u a n ts t a t e ；v e r t i c a lt u b e ；s i m u l a t i o no f f a l l i n gf i l m 摇摆状态下管内降膜流动流场模拟 1 绪论 1 1 吸收式制冷的特点及我国渔业发展的现状 1 1 1 吸收式制冷的发展历史及特点 在现代化工业生产中许多生产行业如：石油化工、食品、轻工纺织及 渔业等都需要大量冷量。吸收式制冷技术作为获得冷量的重要手段，其发展 已有一百多年的历史，最远可追溯到18 1 0 年，当时苏格兰的约翰莱斯里 ( j o h n l e s l i c ) 制造了最早的吸收式制冷机一间歇型吸收式制冷机；到了 l8 5 9 年，法国的费尔第南德卡尔发明连续型氨水吸收式制冷机，并获美 国专利，随即在欧洲广泛使用：二十一世纪初能源充足，吸收式制冷机并未 引起人们地注意，直到二战后，随着能源的紧张人们又重新认识到吸收式制 冷的重要性，美国的c a r r i e r 公司于1 9 4 5 年生产了第一台双效水演化锂吸 收式制冷机。从此，吸收式制冷在国际受到重视，水溴化锂及氨水吸收式 制冷机得到普遍应用1 。日本的吸收式制冷机自1 9 6 8 年开发出直燃型冷温 水机以来，进行了一系列以节能、小型轻量以及智能化控制等为目的的技术 革新。目前，日本已经开发出具有本国特色的产品，如双效型，直燃型，冷 热水两用型的机组2 1 。我国吸收式制冷虽起步较晚，但发展很快。六十年代 建成第一台氨水吸收式制冷机，第一台水溴化锂吸收式制冷机于1 9 6 7 年 在上海问世【”，目前在我国水溴化锂和氨水两种吸收式制冷机组得到了广 泛地应用。 吸收式制冷系统的广泛使用与吸收式制冷的特点是分不开的。吸收式制 冷系统可以直接利用8 0 以上的低品位热能，有利于能源的合理利用；制 冷温度范围广，制冷量大；制冷剂不含氟利昂系物质，对环境不具破怀性， 有利于环境保护；运行费用低廉，机组运转平稳，振动小、噪音低；结构简 单，制造方便，要求的制造精度不高；操作简单，维护保养方便，可实现无 级容量调节，负荷变化对系统性能及系统稳定性影响小。 1 1 2 我国渔业发展现状 我国有漫长的海岸线，沿海水产资源相对比较丰富，目前全国有几十 摇摆：限惑下管内降膜流动流场模拟 万条渔船在作业。但经过几十年的过量捕捞后，近海各种经济类鱼资源逐渐 撼蝎，海洋攘糟离辨海及国辨海域扩展，因此海产鑫瓣冷冻镙鳝阀题在远洋 渔业中显得尤为突出。避入九十年代后世界渔业国家为适应生产形势及各国 市场需要发震了鱼种冷冻镶磐设藏 “。8 0 年饯翅，我国开始发震远洋渔 业，至今已具相当规模，处于渔业大国行列【5 j 。 嚣前筏莓的远洋渔渡蔷辐蔷严竣静魏馥。首先，我簪酶远洋瀣麓大多采 用压缩式制冷机，该种系统虽然制冷温度较低，满足制冷要求，却存在许多 不利因素：压缩式制冷系统隧电能为驱动力，直接漓耗船闻发动梳的有闱 功，不利于节约能源。其次，制冷剂一般常用r 1 2 ( 冰鲜) 、r 2 2 ( 冻结) 和r 5 0 2 等氟利昂工质，且制冷工质容易泄漏，不利于环境保护。根据 1 9 8 7 年的“蒙特刹尔公约”条文规定：发达戮家自1 9 9 6 年起禁羽郄生产 c f c s 及h c f c s 系列产品；发展中国家使用c f c s 及h c f c s 系列产品的最 磊袈隈分潮为2 0 0 5 每翻2 0 3 0 苹。爵见我禹现畜渔鼹在未来见t 年内要遂 行大规模改造或聪新，但理想的替代制冷剂还没有研拨成功。 1 2 吸收式制冷系统成用于渔船制冷的可行性 根据1 1 的分析，把吸收式制冷系统嗣子渔船具有一定的可行性。它 可以很好地解决我国渔业所面临的各种问题。船用柴、油机的排烟温度在3 5 0 4 5 0 之间，有效剥用温度为2 0 0 3 0 0 ，足以作为吸收式制冷机缀 憝热源，勰决了压缠式枫组能= 黢刹溺不合理的阉题 6 1 。吸收式制冷枫组豹制 冷工质对不含氟刹昂，从而解决了制冷剂替代问题。 霹藏广泛餐羯匏求，滨纯矮攫缀良予荬制冷莛困( 0 以上) 豹疆割， 不能满足渔船冷冻保鲜疆求；对于氨水机组，由于氨有毒性，腐蚀性和爆 炸性f 1 ，不利予渔籍懿作业安全，因诧氇较难蠲予瀣麓制冷。 j f 在研究的新型有机工质对t f e n m p ( 2 ，2 , 2 t r i f l u o r o e t h a n o l n m e t h y l 2 p y r r o l l d o n e ) ，由于冀在真空条件下工作，工作温度最低可达零下 2 7 ，比较适用于渔船的余热制冷系统。日本的三洋电机公司已对该工质 对的热物性参数进行了长达十几年的研究，并制出样机应用于日本冲绳县的 太姻能系统中f 8 t9 1 。本谂文就是以这科l 努型工艨对为对象，磺究其降膜流动 一，一 摇摆状态下管内降膜流动流蝻模拟 特性。 通过以上分据可以饕出吸牧式铡冷系统歪好豫 压绞式剃冷系绞蕊缺 点，其应用于渔船上具有广阔的前景。但是吸收式制冷系统能否应用下远洋 瀵船上还嚣要验证渡浚式潮冷系统能否瀵足渔糖镧冷瓣需求，茏其蔗要弄瀵 楚渔船摇摆运动对吸收式制冷系统性能的影响。因为吸收式系统的符组成部 分都包含传热传质过程，摇摆运动要影响暖收奔质的滚动，滋焉彩噙传燕传 质过程。这也是确定本文研究任务的主袋原因。 1 ，3 国内外对降膜吸收过程的研究进展 1 3 1 国内研究进展 国内关于辫羰吸收过程掰建立的吸牧模型都基予溶波滚动是光澄层漉 状态的假设之上的，以水溴化锂为制冷工质对，并共同假设：溶液物性定 常，隧蓑滠凄帮浓废交位露变化；疆投过程中滚滚麴缓浚量援黠于滚滚矮爨 流量很小，认为整个吸收过程质量流墩、液膜厚度及平均流速不变；流动方 向静导热及扩散忽珞不计；汽液器西楚子相际平餐菰态，虽存在线黧关系； 忽略气体剪切力的作用；管内冷却水温度不变。 文献f 。4 1 均是描述水平管外光滑层流降膜( 卧式 啜收过程中热质传 递情况的吸收模型。不潮的是：文献1 1 0 】没有考虑径肉对流项的影响，通过 分离变量法对二维边界层的动髦、能鬣及质量扩散微分方程组进行求解得出 滋度及浓度分布，著定义帮计箨了传热、传质系数，热矮掇台仅在边爨条譬 内都得以体现；文献【1 在文献f 1 的基础上有点突破，即在能量微分方樱 中考虑了径囊对漉顼懿 擘罔，采雳两蔫差分袋遗i 噩差分摇结合靛方法求簿微 分方程缀，在能量方程及边界条件中均体现了热质传递相互耦合的概念，其 计算结聚表臻，径自对流顼经褥热溪传递增程；文敞 娃1 刘摇溶液流程翔分 成m n 个网播，对德个网格列出能量及质量扩散微分方程，通过沿深度 积分，所列微分方程即可得到出口处溶液参数；文献f 1 3 介绍了一种设计吸 收器的所谓二元设计方法，即同时考虑吸收器的传热传质两种功能，对 每根吸收管进行传热、传质及热平衡计算，从而掌握各管参数变化观律，搬 导啜竣嚣熬设计，但莠没有憋热嚣煲邀避 亍藕合考虑；文献f 1 4 1 在文簸【”1 的 ，3 摇摆状态下管内降膜流动流场模拟 基础上，不仅将热质传递同时考虑而且在边界祭件中均体现了热质传递相互 糕合。文默。坝4 接述了垂蠹管外光潞层浚蹲骥( 立式) 吸收过程中热质 及动量传递情形，其中文献 i5 j 在假设演化锂溶液为定常流体的前提下，取 溶滚瀛动方向为x 方囱，垂壹浚动方稳为y 方交，歹l 出走遗续方程、动量 方程、能艟方程及质量扩散方程组成的= 维控制微分方程组，引入流函数对 方襻遘雩亍离鼗讫，求释滠发分布，在边赛条传中考惑了热质传递藕台麓点； 文献u6 将吸收问题大大简化，忽略惯性力作用，通过运动方程和质量扩散 方程以及关于传虞系数、s c 数、n u 数和膜蓐酶经验关联式，求出传热系数 及传质系数，并与单管实验相比较。 1 3 2 国外研究进展 圈外该方西购研究起步较早也比较深入，涉及到溶液在光滑屡漉、波 动层流、湍动层流及有无不溶性气体吸收的各种情况。尽管人们对光滑层 浚、波动层流翻溺动层滚弱划分方法不一【l “，瞧基本瓣共识蹩r e 3 0 时， 主流区为层流状态；3 0 式沿膜厚方向积分 1 5 ( 3 - 5 ) ( 3 - 6 ) ( 3 - 7 ) ( 3 - 8 ) ( 3 - 9 ( 3 一lo ) ( 3 - 1 1 ) ( 3 - 12 ) ( 3 - 13 ) o ， 【 = ， 脑 劬一勘 赢 + 塑砂 塑砂尹$ 十 ( 罨一缸 出 永鲤缸 摇摆状态下管内降膜流动流场模拟 r 妻出+ r 皖c “* 硼出+ rc 品c v ，蝴出+ r t 皂c w + 训出= x 吡+ p 等d z 应用l e i b u n i t z 公式，式( 3 14 ) 左侧第一项为 r 筹出= 导乒+ 出一等“。 将式( 3 4 ) 带入式( 3 15 ) 中得 ， f 詈出= 导c 占+ 习一警“ 式( 3 14 ) 左侧第二项为 壕列出= 芸肛妣一警吲甜 根据平均化法则( 3 17 ) 式可以写成如下形式 臁叫出= 昙( 占面一警州 将流体流速分解为时均流速石和脉动流速“+ ，则有f “。出= o 。 有f 式成立， 品：面+ 万 所以，式( 3 17 ) 可以进一步写成 r 昙。+ 训出= 昙( 占e 百_ ) + 芸( j + 忑) 一鼍+ “5 + ”5 同理( 3 14 ) 左侧第三项可写为 蝻州出= 专叨+ 专而一爹州 式( 3 14 ) 左侧第四项积分后得： f 毫( w 炉w 。“5 卉f3 14 ) 右佃i 沿膜厚积分后为： 摇摆状态下管内降膜流动流场模拟 肛+ 卜窘出= x * 5 - v * 塑9 z b 。( 3 - 2 1 ) 将式( 3 1 6 ) 、( 3 18 ) 、( 3 19 ) 、( 3 20 ) 和( 3 2 1 ) 代回 到式( 3 14 ) 中得 曼矿争+ 未嘲+ 未( 占+ 万卜筹* b t s 1 l s w + ?(6*vuoy) + 三o y ( 阳矗娑o y 岫。= z 诳u + 。 ( 3 _ 2 2 ) 液膜内速度波动不大，可以略去式( 3 - - 2 2 ) 中的“。和v 。项，经整理后 得 拿( js 厅) + 曼( 占+ 厅i ) + 昙( 占+ 可石) d fo xc v + “1 ( w 5 一雾一鬟+ “s 一擘+ v 5 ) = x * 6 - o * o y 耋一 ( 3 23 ) d f 将( 3 3 ) 式带入( 3 23 ) 得： 昙( 占+ “) + 鲁( 占+ i “) + 旦a y ( 占t i 订= x j - v * 0 老1 一( 3 - 2 4 ) 2 ) v 动量方程沿膜厚方向的积分 v 动量方程沿膜厚方向的积分过程与u 动量方程积分过程相似，因此此 处直接给出v 动量方程沿膜厚方向积分的结果。如下 曼( 占+ i ) + 未( 占e 而) + 品( 艿s i 刃2 y + d u 4 老一( 3 - 2 5 ) 3 1 4 速度分布假设 1 ) x 方向的速度比较小，最大值在l o 3 数量级，因此，x 方向的速度分 布非常接近与用n u s s e l t 经典解求得的速度型。所以x 方向速度分布为： 了g = m ) = 2 + 口一口2 ( 3 26 ) 其中 叩= 否 摇摆状态下管内降腱流动流场模拟 2 ) y 方向的速度相对较大，大约在l o 。数爨级，根据文献【3 4 】的建议， 速度型应为三次多项式或鲤次多项式。邋此，本文假设y 方囱嚣速度分蠢为 三次多项式的形式。其表达式如下： 二；= g ( ) = b l r + b 24 玎2 + 6 34 卵3 ( 3 27 ) v 由边器条件朝可求出y 方向速度分帮系数，过程鲡下 当z 一6 ，鄹，r l = 1 时畜 所以确 竺：o 。 靠 当z 一6 时有v ：v s ，即旦：1 “5 所以有 当z 一0 时有 蒋式( 3 2 7 ) 代入上式褥 鸳：一y d z “ ( 3 - 28 ) ( 3 2 9 ) ( 3 30 ) ( 3 - 3 1 ) 把式( 3 - - 2 8 ) 、( 3 - - 2 9 ) 和( 3 3 1 ) 联立即可求得y 方向速鹰分布 系数。 3 。i 。b 糕分乃程潮戴骚黟虱 由式( 3 2 7 ) 得出 k + 沁+ 砉坞+ 寿 所以有 i 捌= v + ( b 1 * 丢+ 2 b 2 6 - + s 6 3 + 砉札：。= v t 鲁 由于 i = 专f + 如 f i i 曹f 一6 、代入f 吉 # 襁钋辑 摇摆状态下管内降膜流动流场模拟 i ：v sr 皇l + 堕+ 曼、 、234 7 ( 3 3 4 ) 把( 3 3 4 ) 式代入( 3 3 3 ) 得到( 3 3 5 ) 式 蛰。： ! 垡 ( 3 3 5 ) ”一娉+ + 等， ” 葡理可良投据( 3 3 0 ) 式经过一系翻繁浮 虿良求出( 3 3 6 ) 式，为 简洁起见本文不列出具体推导过程，而直接给出结果。 熟i ：巫 ( 3 36 )i 抛= 2 7 一占 ” 把( 3 - - 3 5 ) 和( 3 - - 3 6 ) 分别代入( 3 - - 2 4 ) 和( 3 - - 2 5 ) 中即得出控 割方程积分形式豹最终缀畏。 质髓守恒方程 动黧守恒方程 拿( d + 厅) + 晏( j + 廿) + 竽：o ( 3 - 2 9 ) ox(玲d f 善( 占+ 刃+ 去( 占s 面) + 号( 疗+ 舌西2 _ * d r - v * 了3 * k ( 3 - 3 7 ) 鲁c 占十百，+ 去c 占十孑f ，+ 茜e 占 i 百，2f 女艿一u 4 ：赫3 3 8 ) 、234 7 3 2 控铡微分方程的离数优 在第一章中已经简疆介绍过各种数值方法了，本文采用了有限容积法 ( f v m ) 。 3 2 1 空间区域离散化 经过上一节静疆导，我们已经怒一个三缝滔踅转纯痰为二维润遂。蓑 制方程中的未知量有x 方向的平均速度石，y 方向的平均速度i 和膜厚6 。 囱于管内将膜运动是镜谣对称的，对称面为辅线的运动平面，所以，只须计 算半个管周的淡场即可。将管周方向分成1 8 0 份，管长方向分成4 0 0 0 份， 这样整个计算区域就分成了7 2 万个计算网格。 3 。2 2 控铡方程褰教纯 一19 摇摆状态下管内降膜流动流场模拟 控制容积示意图见圈3 1 ，n 、s 、w 和e 分别是控制容积p 与它周围控 制容积n 、s 、w 帮e 鑫皇赛压。方程裹教讫嚣上撅n 匏意义为该瑾是n 时捌 的变量值，n 十1 表示n + l 时刻的变量髓，无一h 标的项表示r l + 1 时刻的变量 毽。 1 ) 质量守恒方程对控制容秘积分 f 上夏0 ( 跏) 蚴十ff 言( 澌) 蛐+ ff 警蚴= 。 ( 3 _ 3 9 ) 积分后褥 【( j $ 磊) 。一( 艿e 磊) 。】4 缈+ f o ，中e = 巾p ；u 。 o ，巾w = 由w ；u 。 o ，中。= 中p ；v s 0 ，中。= 中n ；v n o ，中。= 中p 即界面上的未知量恒取上游节点的值。 沿y 轴的流速始终保持同一方向不发生改变，所以，在1 1 界面上由。= 中n ，在s 界面上中。= 中p 。沿x 轴的速度方向在一个摇摆周期内是发生变 化的，但由于x 方向的速度很小，当流动方向发生改变时其数量级仅为1 0 5 ，所以，x 方向的速度u 方向改变很快。在计算过程中，为了保证流场符 合迎风格式要求，在u 的方向改变时( 吸收管通过竖直状态时) 取较大的时 间步长，使得整个计算区域中u 的方向一致。 为了表达简洁，上一时间步长的变量值加上标“0 ”，其它不加上 标。吸收管向右倾斜时的代数方程， 摇摆状态下管内降膜流动流场模拟 警* 缸弩城中弩- d w u w * 姆坻咿缸一 0 v p a x = 0 生生丝生。缸每+ 占，。，。，+ 缈一西。，。，+ 每+ 6 p up vp * - s n u , , , v x * ) ：= xp 6p s 出弩一翌豢! s ) ：姆 生生熊生+ 止妙+ 坼。，+ 血一j 。+ 缸+ 睇“，v ，。a y - - s w u w v w * 缈= 匕睇+ 缸衄一旦篆坠t 缸妙 田悔管向芹俪斛时的代数方稗 坠二壁；缸弩+ 6p up 。弩一6 掣e 。弩 6v vn 。奴一 f j ，”p a x = 0 学- 缸缈+ 睇坼“，t 缈一晚“。“。+ 缈+ 占p u p v p * 缸- - 占n u n v n * 缸= 乃睇一缸缈一垫孝+ 血缈 生掣。血妙+ 睇。，。，+ 缸一氏。t 血+ f 西“，v ，+ a y - - 占e u e v e * 每= _ 睇* 血缈一旦妾堑 血缈 3 3 边界条件 3 3 1 吸收管入i z l 条件 忽略入口处的u 速度，则入口处动量方程简化为 u 。粤：一y a z 。 边界条件为：z ：o 时v = 0 ；z = 占时娑= o 。 将式( 3 4 8 ) 在z 方向积分得 v = 一y 4 三2 + 盯l + z + 口2 ( 3 - 45 ) ( 3 46 ) ( 3 47 ) ( 3 - 48 ) ( 3 - 49 ) 摇摆状态下管内降膜流动流场模拟 将边界条件代入( 3 4 9 ) 式便可求得a l 和a 2 ，再将a 中得到进口初始速度方程为 y 方向的平均速度为 因为 y v = 二 ( 2 6 十x 2 0 订：土广坠垦塑二塑：生铲( 3 5 1 ) 占山2 d3 u r ：石+ j ：兰堕 3 v 式中，r 为喷林密度( k g ( m + s ) ) 。 所以有 占= ( 了3 v * f ) 吸收管入口处的膜厚和流速分别由式( 3 5 2 ) 和( 3 5 1 ) 确定。由于 喷淋密度虽摇摆角度的变化而变化，为了简便起见，现假定在摇摆过程中膜 厚不变，在以后的讨论中以吸收管处于竖直位置时的喷林密度为基准，膜厚 电取此时的膜厚，入口平均流速由式( 3 5 1 ) 计算得到。 3 3 2 边界条件的处理 由第二章中的假设，液膜被看作在一块平板上流动，那么平板的四周即 为流场的边界，入口处的边界条件已经在上一节给出；在出口处液膜流出平 板，所以，出口条件无需给出。在平板的另外两条边是由于人为剖分产生， 由于液膜流动的对称性，在这两条边上液膜与外界无质量，热量和动量的交 换。 摇摆状态下管内降膜流动流场模拟 4 代数方程的求解及计算结果分析 4 1 计算程序的编制 第三章推导出了计算结点上的代数方程组，本节根据计算参数的特 点，运用面向对象的程序设计思想，利用c v f ( c o m p a qv i s u a lf o r t r a n ) 实现了流场的数值模拟。针对每个节点上都需要求解平均速度、液膜厚度和 重力加速度等量，在程序中定义了一个包含这些变量的结构体；然后用该结 构体数据类型定义一个二维数组、( 18 0x4 0 0 0 ) 。这样二维数组的每一个变 量就代表一个控制容积中的节点，因此，数组的两个下标( i ，j ) 就标识了每 一个控制容积。因为代数方程组是相关的，所以在求解过程中这三个方程应 联合求解。计算程序框图见图4 1 。 4 2 计算结果分析 4 2 1 流场的总体分析 计算中选取的参数为：溶液进口温度t 。= 4 5 ，进口浓度国。= 3 5 ，溶 液喷淋密度f = 0 0 3 船( m 。s ) ，吸收压力p o 。= 2 2 k p a ，制冷剂蒸汽温度 r = 5 0 。吸收管的结构参数为：内径d 。= 0 0 1 8 m ，外径d 。= 0 0 2 m ，管 长l = 10 m 。摇摆角度口= 3 。，摇摆周期t = 8 s ，吸收管处于竖直位置时开 始计时。 根据以上条件，我们可以确定入口处的液膜厚度及平均流速，经过循环 迭代，就可以计算出任意时刻整个计算域内所有节点的平均速度( 石，可) 和液膜厚度( 6 ) 。 摇摆状态下管内降膜流动流场模拟 计 一晒亟两 二二：二 二二二二： 主一 t = t + 1 丁 r 一己 二j 一一_ i l 兰 降? + “、- ! j出一r 一3迫j 摇摆状态下管内降臌流动流场模拟 图4 t 程序流程强 f i g + 4 1f l o w c h a r to ft h ep r o g r a m 一2 7 9 摇摆状态下管内降膜流动流场模拟 1 ) 液膜形状 图4 2o 2 5 m 处液膜形状图 f i g 4 2f i l mt h i c k n e s sa ty = 0 2 5 m 图4 30 5 m 处液膜形状图 f i g 4 3 f i l mt h