降液膜流动与传热传质过程紧密相关,在工业领域具有重要的应用价值。降膜蒸发器作为工业上主要的蒸发设备,提高其传热传质性能及开发新型高效降膜器对于工程应用、投资和节能降耗都具有重要现实意义。本文通过实验研究和数值模拟相结合的方法,主要围绕采用强化传热技术提高降膜蒸发器传热传质性能,开发新型高效降膜器用于碱式硫酸铝脱硫富液强化解吸展开研究。采用内插弹簧线或强化管等方法进行管内降液膜强化传热传质实验研究,发现缩放管适用于液膜Reynolds数大的降膜蒸发和降膜预热,当液膜Reynolds数较大时,缩放管内降膜蒸发和降膜预热传热系数优于内置弹簧线管和光滑管。在同管道内流动时,缩放管和内置弹簧线管降膜蒸发段传热系数和预热段传热系数随液膜流量的增大而增大,且降膜蒸发传热系数大于预热传热系数。根据实验数据拟合得到缩放管、内置弹簧线管和光滑管降膜蒸发和降膜预热传热关联式。采用数值模拟的方法对缩放管内降液膜流动及传热进行了研究,通过对液膜厚度分布、速度分布、湍流强度分布、温度分布及场协同分析,揭示了缩放管内降液膜强化传热机理。液膜在缩放管内流动时,液膜厚度最大值出现在缩放管最大截面处,最小值对应在最小截面处,缩放管中收缩段平均液膜厚度小于扩张段。缩放管中液膜径向速度分布整体呈半抛物线状,液膜速度随相对壁面距离的增加而逐渐增加,在液膜表面处达到最大值。同样,相界面层中的速度分布整体也呈半抛物线状,速度随相对液膜表面距离的增加而逐渐增加,在汽相表面处达到最大值。在缩放管收缩段,液膜或汽相流速逐渐增加,使得汽液两相界面处液膜或汽流湍流强度也逐渐增加;在扩张段,液膜或汽相流速逐渐减少,汽液两相界面处液膜或汽流湍流强度也逐渐减少。相对光滑管,缩放管内液膜流速不断地发生改变,其液膜湍流强度总体高于光滑管。在收缩段,径向温度梯度逐渐增大;在扩张段,径向温度梯度逐渐减少。随着液膜主体温度的升高,缩放管和光滑管内液膜径向温度梯度逐渐增大。缩放管内液膜场协同夹角余弦值cosβ总体大于光滑管,体现了缩放肋面改变了液膜流动方向,及协同了流场与温度场的传热强化。对不同结构尺寸缩放管降液膜传热传质性能进行实验研究,分析了降液膜传热传质效果及结构尺寸不同所带来的影响。研究发现在不同结构尺寸缩放管之间,肋高是影响降膜蒸发与降膜预热传热效果的重要因素;在相同的肋高和缩放节距下,缩放管收缩段越长,缩放管降膜传热性能越好。根据实验数据拟合得到适用于不同结构尺寸缩放管降膜蒸发和降膜预热传热关联式。采用数值模拟的方法研究了缩放肋面对降液膜传热性能的影响,发现液膜传热努赛尔数随缩放节距的增加先降低后逐渐平缓,随缩放肋高的增加先增加后降低,随缩放比例的增加先增加后逐渐稳定。通过场协同分析,速度和温度梯度场协同平均角随缩放节距的增加而增加,随缩放肋高和缩放比例的增加而减少。基于缩放节距、肋高、缩放比例对降液膜传热性能的影响规律,获得了缩放管最佳结构尺寸参数。对最佳结构缩放管进行降液膜传热性能分析,获得了缩放管内降液膜传热关联式。基于新型高效的缩放管降膜蒸发器,对碱式硫酸铝脱硫富液进行解吸及传热传质实验研究,发现随着脱硫富液流量的增大,管内降膜蒸发传热系数、传质系数随之增大,二氧化硫解吸率逐渐减少;随着加热温度的增大,管内降膜蒸发传热系数、传质系数随之增大,二氧化硫解吸率也逐渐增大;随着入口含硫浓度的增大,管内降膜蒸发传热系数、传质系数随之增大,二氧化硫解吸率也逐渐增大;随着铝含量的增大,管内降膜蒸发传热系数、传质系数随之降低,二氧化硫解吸率逐渐减少;随着碱度的增大,管内降膜蒸发传热系数、传质系数随之降低,二氧化硫解吸率逐渐减少。液膜流量、加热温度、含硫浓度、铝含量、碱度对碱式硫酸铝脱硫富液降液膜解吸效果有不同程度的影响,液膜流量起主导作用。当液膜流量越小,加热温度、含硫浓度越高,铝含量、碱度越低,越有利于二氧化硫解吸。对比光滑管,碱式硫酸铝脱硫富液在缩放管管内降膜强化传热传质效果显著。根据实验数据拟合出碱式硫酸铝脱硫富液降膜解吸二氧化硫的传热传质关联式及解吸率关联式。采用降液膜蒸发的方法对碱式硫酸铝脱硫富液进行解吸,与传统的解吸方法相比,表现出较好的解吸效果,特别在应用强化传热传质技术后更加显著。