[发明专利]一种液滴式辐射换热器内液滴蒸发损失率计算方法

摘要

一种液滴式辐射换热器内液滴蒸发损失率计算方法，主要步骤如下：1、获取液滴层设计运行参数、液滴物性参数和程序计算参数；2、求解t时刻源函数在液滴层厚度方向上的分布；3、由向前差分求解得到t+Δt时刻液滴层的温度分布；重复步骤2和3，得到任意时刻液滴层温度分布；4、求得该温度条件下液滴的饱和蒸汽压及单个液滴蒸发率；5、对步骤4中的蒸发率对时间和液滴层积分，获得液滴层在时间t内的总蒸发损失率。

主权项

1.一种液滴式辐射换热器内液滴蒸发损失率计算方法，其特征在于：步骤如下：步骤1：获取液滴式辐射换热器的设计运行参数、液滴物性参数和程序计算参数，设计运行参数包括辐射换热器液滴层长度、液滴层厚度、液滴飞行速度、液滴直径、液滴层中液滴的粒子数密度和液滴初始温度，液滴物性参数包括液滴密度、液滴比热容、液滴散射率、液滴吸收率、液滴表面张力、辐射换热器工质表面为平面时的饱和蒸汽压和液滴分子量，程序计算参数包括液滴层厚度方向划分控制体数目、计算总时间的时间划分间隔和误差许可值；步骤2：把液滴层作为具有发射、吸收和散射的参与性介质处理，并对液滴层采用灰体假设，将T(κ,0)＝T₀和作为迭代初始值代入方程(1)右端式中：T——液滴层温度；κ——光学坐标；T₀——液滴初始温度；I——参与性介质的源函数；σ——斯特藩‑玻尔兹曼常数；Ω——散射反照率；t——液滴在空间飞行时间；κ_D——液滴层光学厚度；E₁——一阶指数积分函数；其中，光学坐标κ＝A_dNx，A_d为液滴横截面积A_d＝πd²/4，d为液滴直径，N为液滴层中液滴的粒子数密度，x表示液滴在厚度方向上的位置坐标；散射反照率σ_s为液滴的散射率，α为液滴吸收率；液滴层光学厚度κ_D＝A_dND，D为液滴层厚度；n阶指数积分函数n为正整数；I(κ,t)——t时刻，光学厚度κ处液滴层的源函数；T(κ,t)——t时刻，光学厚度κ处液滴层的温度；由迭代初始值及方程(1)得I(κ,0)⁽¹⁾，再将T(κ,0)＝T₀和I(κ,0)⁽¹⁾代入方程(1)的右端，得到I(κ,0)⁽²⁾，如此反复，直至前后两次计算值小于给定误差许可值，结束计算，得到初始时刻源函数在液滴层厚度方向上的分布I(κ,0)；步骤3：将步骤2中计算得到的I(κ,0)代入方程(2)式中，q_r——辐射热流；κ'——积分变量；——液滴层辐射热流对光学坐标的偏导数；由方程(2)得到液滴层辐射热流对光学坐标的偏导数，将其代入方程(3)式中，ρ——液滴层等效密度；c_p——液滴比热容；α——液滴吸收率；其中，液滴层等效密度为液滴密度乘以单个液滴体积，再乘以液滴层中液滴的粒子数密度；对方程(3)使用向前差分得到时间间隔Δt后液滴层在厚度方向上的温度分布T(κ,Δt)；以Δt为时间步进长度，在计算时间小于液滴从液滴发生器至液滴收集器的飞行总时间t_total时，反复进行步骤2和步骤3，得到任意时刻液滴层在厚度方向上的温度分布T(κ,t)；其中液滴飞行总时间t_total＝L/v，式中的L和v分别表示液滴层的长度和液滴飞行速度；步骤4：液体的蒸发率表示为式中，p_v——液体的饱和蒸汽压；M——液体的分子量；R——通用气体常数；E_ev(κ,t)——t时刻，光学厚度κ处辐射换热器工质的蒸发率；p_v(κ,t)——t时刻，光学厚度κ处辐射换热器工质的饱和蒸汽压；对于球形液滴，其饱和蒸汽压和表面为平面的液体的饱和蒸汽压有以下关系：式中，p₀——辐射换热器工质表面为平面时的饱和蒸汽压；γ——液滴的表面张力；ρ_d——液滴密度；p₀(κ,t)——t时刻，光学厚度κ处辐射换热器工质表面为平面时的饱和蒸汽压；则由方程(4)和方程(5)得到单个液滴在t时刻，光学厚度κ处单位时间的蒸发率E_ev(κ,t)；步骤5：将计算得到的E_ev(κ,t)代入方程(6)式中，q_ev——在vt位置处单位面积液滴层蒸发损失率，v为液滴飞行速度；E₂——二阶指数积分函数；E_ev(κ,t)——单个液滴在t时刻，光学厚度κ处单位时间的蒸发率；E₂(κ)——自变量为κ时的二阶指数积分函数值；将方程(6)对时间积分，即得到液滴层在时间t内的总蒸发损失率Q_ev。