水平管束降膜蒸发中CO2解吸的数值模拟

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水平管降膜蒸发技术具有传热效率高、预处理简单、可利用低温余热废热等优点,已成为热法海水淡化的主流技术。降膜蒸发中产生的不凝气不仅严重恶化传热,而且引起淡化设备的结垢和腐蚀,使得海水淡化投资成本和运行成本大幅升高,因此有必要对水平管降膜蒸发中CO2的解吸过程开展研究。  本文把水平管束微观相变传热特性和海水流动特性与CO2解吸过程相结合,在管周向、轴向及管间划分微元体,考虑微观传热、流动、化学反应和传质过程,建立水平管束降膜蒸发中CO2解吸的数学模型。采用Matlab软件编写程序,计算得到CO2解吸单元体面积、碳酸盐组分浓度、蒸发速率和CO2解吸量的分布规律,分析了降膜蒸发中热力和几何参数对CO2解吸的影响。  模拟结果显示:管内外传热系数计算值与实验值的吻合度较好,验证了传热模型的准确性;沿竖直管排方向化学反应时间逐渐减小,并且减小的速度变缓。沿水平管长方向化学反应时间有增大的趋势,且这种趋势随竖直管排节点的增大不断增大;海水中决定CO2解吸的HCO3-和CO32-离子浓度明显高于CO2和H+浓度,各离子浓度在海水中的分布与 CO2解吸量和海水蒸发速率密切相关;单位面积蒸发速率和单位面积每吨海水CO2解吸量的变化趋势相同,沿竖直管排和水平管长方向均呈现减小的趋势;蒸发温度和管径对单元体分布和CO2解吸量的影响大于加热蒸汽流速和管间距的影响,蒸发温度升高,预热单元数和总单元数增多,CO2解吸量减小,且减小的速率下降;管径增大,预热单元数和总单元数增多,CO2解吸量增大,且增大的速率下降;加热蒸汽流速增大,CO2解吸量减小,且减小的速率增大;管间距在0.2至0.5倍管外径范围内变化时,随着管间距增大,CO2解吸量先增加后趋于稳定。
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