视 !膜蒸发和膜凝结技术具有传热量大、传热迅速、
热容量小以及凝结潜热便于回收等优点，已在现有

的海水淡化工业中获得了广泛应用

［" # $］

! 目前研究

较多的是竖壁或竖管降膜技术

［% # &］

，这两种技术虽

然解决了盘形太阳能蒸馏装置的缺陷

［’］

，但也有如

下几个方面的不足：!为保证充分换热，致使装置高
度太大；"不能保证液膜紧贴壁面流动，使壁面充分
润湿；#流率难以控制 ! 因此，探索新型太阳能蒸馏
技术，开发新型、低能耗、高产水率的太阳能海水淡

化装置，就具有重要的现实意义 !

横管降膜蒸发的一般理论

! ! !

横管降膜蒸发

降膜蒸发是由较低的驱动温度或热流量引起的

表面蒸发 ! 在降膜蒸发的过程中，由于液体在加热表
面分布成膜状形式，所以没有液体静压和过热区的

影响，这可降低引起蒸发的有效驱动温度 ! 横管降膜
蒸发是让液体以膜状形式由一个水平管向下滴落至

另一个水平管，并依靠管内介质的加热而不断蒸发

的过程 ! 基于该技术的横管降膜蒸发器由多排横管
组成，在上一层管外蒸发后的余液落至下一层管上

继续蒸发，液膜厚度不断减小，如图 " 所示 ! 在蒸发
空间没有横向气流的情况下，来自任意管的未蒸发

液将直接落在下一层管上，下落形式主要依赖于海

水流率 ! 在流率相对低的情况下，液体以液滴形式下
落，

如图 %( 所示；在流率相对高的情况下，液体以液

柱形式下落，如图 %) 所示

［*］

图 " 水平管束的布置方式及管外蒸发液膜

横管降膜蒸发器设计的主要困难之一就是要维

持管壁的完全湿润，确保加热表面没有干燥区，这可

从以下几个方面来考虑 !
" ! " ! "

液体的重复循环

采用液体重复循环的方

法，

不仅能增加喷淋液的温度，促使液膜均匀分布，

而且也减少了海水带走的热损失，但循环率太大会

增加液膜厚度，增大泵动力 ! 因此，应根据液膜厚度

（(）液滴

（)）液柱

图 % 水平管间液体的下落形式

和管壁的湿润率来确定循环率，这在太阳能换热器

中尤为重要，因为这类换热器要求有很大的换热面

以补偿较小的温差，而且泵动力也影响着其效率和

可行性 ! 在本研究装置中，液体的循环率取为 $$+

,- . / !

" ! " ! %

管簇的合理布置

在横管降膜蒸发器中，液

体的下落速度近似为（%"#）

+0&

，所以增加管间距 #

能增加液膜动能，减小干燥区的形成，但却会引起液

体的飞溅 ! 另外，由于蒸发空间存在横向气流的影
响，故下落的液体会发生偏移 ! 选择合理的管簇布置
方式，是避免由于液体的飞溅和偏移而影响传热的

有效途径 ! 根据文献［*］的记载，在横管降膜蒸发过
程中，常用的 % 种管间距为 %&01、"%0* 22! 本装置采
用图 " 所示的横管叉排布置方式，管间距 # 取为 $+

22!

" ! " ! $

分配器的合理设计

在横管降膜蒸发器中，

液体是通过管簇上部的分配器来分配的，所以分配

器的合理设计对于管壁的湿润和液膜的均匀分布有

着较大的影响 ! 液滴或液柱下落的间距（见图 %）由
下式给出

［*］

! $ %$

（ %"&#"）

" & %

（"）

式中：% 一般取 %；

" 为表面张力（3 . 2）；

# 为密度

（,- . 2

）；" 为重力加速度 ! 由上式计算的! 值如表

" 所示，

它是分配器上布液孔布置的依据，本研究装

置取!4 %% 22!

表 " 液滴或液柱下落间距的计算值

温度 & 5

"& 3・2

’"

!& 22

’+

’’ ! % 6 "+

7 $

%$ ! "

’1 ! & 6 "+

7 $

%% ! 8

’% ! * 6 "+

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第 % 期

张小艳，等：横管降膜蒸发闭式循环太阳能海水淡化装置的实验