! ! "

横管降膜蒸发中的传热传质

对于横管降膜蒸发中的传热传质，前人已做了

多方面的研究 ! #$%&’( 等人

［)］

对横管降膜蒸发进行

了实验研究，并应用无因次式对实验数据建立了如

下传热关系式

( )

! % *

& ’

( )

,-"+

( )

(

,-..

（"）

式中：

" 为沿管周边的平均传热系数（/ 0（1

・2））；

# 为导热系数

（/ 0（1・2））；

! 为运动粘度（1

0 (）

；’

为与管径相关的系数，当管径 ) 3 "4 11 时，’ 3

,- ,!5 "4，

当 ) 3 4, 11 时，’ 3 ,-,!) 5"；

" 为单位

宽度的液膜流率（67 0（1・(））；

# 为动力粘度（8・( 0

）；( 为热扩散率（1

0 (）!

管外蒸发和管内冷凝同时发生是横管降膜蒸发

器中典型的传热过程 ! /9:6$( 等人

［!］

基于所测的管

壁平均温度，把蒸发膜和凝结膜作为 " 种独立的现
象进行分析，给出的总传热系数如下式所示

;

・

（*）

式中：-

、-

分别为横管的内、外表面积；"

、"

分别

为凝结侧与蒸发侧的传热系数；,

、#

分别为管的

壁厚及管壁的导热系数；-

> .

(

)

，其中 .

、

分别为横管的内、外径 !

在降膜蒸发的传质过程中，水分子脱离液膜表

面变成水气分子，首先进入饱和的空气边界层 ! 当边
界层水蒸气的分压力大于周围空间的压力时，水气

分子就要向周围空间扩散，而液膜中的水分子也不

断补充进入边界层 ! 随着传质的进行，蒸发空间的水
蒸气含量和压力会逐渐升高，这就需要不断地抽取

蒸发空间的水蒸气，以保持负压来维持传质过程的

持续进行 !

实验研究

! ! "

实验装置

实验装置为横管降膜蒸发闭式循环太阳能海水

淡化装置（以下简称装置），如图 * 所示，外壳用厚为

" 11 的不锈钢板加工而成，

外侧包有 4, 11 厚的聚

氨脂保温板 ! 装置的主要组成部分是蒸发腔，它由

!!) 根长 .,, 11、

外径为 ", 11、壁厚为 ! 11 的水

平紫铜管交叉排列在蒸发空间而组成，共 !? 排，两
端固定在蒸发腔侧壁的分液孔板上 ! 在蒸发腔顶部
布置有海水分配器，以保证来自顶端喷淋管的海水

能均匀滴落 ! 在第 " 层和第 * 层管之间，布置有一根
直径为 ", 11 的抽气管，用于抽取蒸发空间的水蒸
气，以保证蒸发过程在负压下持续进行 ! 在蒸发腔

!：

外壳；

"：

蒸发腔；

*：

水平横管；

+：

内置回热器；

4：

循环水泵；

.：

海水分配器；

)：

喷淋管；

?：

连通管；

5：

抽气管；

!,：

排污阀；

!!：

空气泵；

!"：

冷凝腔；

!*：

汽水分离器；

!+：

水阀；

!4：

送气管；

!.：

溢流阀；

!)：

外冷凝器

图 * 实验装置剖面图

底部的两层水平管之间布置有送气管，由蒸发腔抽

取的蒸汽冷凝后，经汽水分离器分离出来的蒸汽由

此送回蒸发腔继续使用 !

! ! !

实验装置的运行

太阳能集热器（实验中用电热管代替）提供的

., @ 5, 2的热水由热水泵送入第 ! 级蒸发分配腔，
由分液孔板分别引入到水平管内，为第 ! 级蒸发提
供所需的热量后汇合，再由连通管引入到第 " 级水
平管，进一步加热喷淋海水后引出装置 ! 第 * 级蒸发
所需的热量是由空气泵经抽气管抽取的蒸发空间的

热蒸汽提供的，这是对蒸汽热能的回收利用 !

在加热水引入装置的同时，海水由循环水泵送

至喷淋管，然后经海水分配器，均匀分布在水平管壁

上形成液膜，依次流经所有管排并不断受热蒸发，直

到蒸发腔底部，多余的海水由溢流阀排出 ! 喷淋的海
水一部分来自于蒸发腔底部温度较高的余液，另一

部分是由外部引入到装置的海水 ! 这部分海水在进

西

安

交

通

大

学

报

第 *. 卷