非共沸工質（戊烷-異丁烷）流動沸騰過程數值模擬.pdf

1、隨著對低溫余熱利用研究的深入，有機朗肯循環(huán)以其簡單的系統(tǒng)結構，較低的蒸發(fā)壓力和溫度等特點被廣泛使用和研究。非共沸混合有機工質在氣液相變時具有溫度滑移的特性，能夠匹配實際工程中的變溫熱源，減小系統(tǒng)可用能損失，提高系統(tǒng)效率。非共沸工質在蒸發(fā)器中的換熱過程屬于典型的流動沸騰過程，流動沸騰過程廣泛的存在于各類相變傳熱傳質設備中，是一種非常重要的換熱過程，對其機理和規(guī)律的研究對優(yōu)化換熱器結構，強化換熱有重要意義。
　　本文主要目的是研究非共

2、沸工質流動沸騰過程，從純工質流動沸騰過程入手，分析四種純工質流動沸騰源項的特點，并使用Stefan問題和膜態(tài)沸騰問題進行驗證，結果表明Hardt模型最為準確，LEE模型準確度最差。之后將混合工質引入研究范圍，研究了混合工質的物性計算方法，分析了混合物氣液相變過程源項處理方法，分析結果表明Banerjee R.模型具有較強的可操作性且較為合理。本文最終選擇了此方法進行非共沸工質流動沸騰過程的模擬研究。研究過程分為以下幾步：第一步，計算了提

3、出此方法的文獻中的例子，確保此方法的可行性，結果與原文匹配度較高；第二步，將此例子中的混合物更改為本實驗組使用的混合工質（戊烷和異丁烷），計算并分析結果，結果表明（1）由于氣液是逆向流動過程，蒸發(fā)速率沿x軸正向先增加后減小，并在管段右側出口處有小幅突變和分散。（2）壁面和相界面同時存在剪切力的作用，比較而言，壁面的剪切力要大于相界面的剪切力，因此，x方向速度在壁面附近下降較快。Y方向速度在某種程度上可以表示蒸發(fā)速度。（3）各相流體流動過

4、程中逐漸接近充分發(fā)展。熱邊界層和流動邊界層具有類似的形狀。從下壁面?zhèn)魅氲臒崃客ㄟ^液相傳導到氣相，最后由上壁面通過對流邊界條件傳出。溫度也是隨著這個規(guī)律變化的。（4）由于戊烷的分子質量大于異丁烷，因此，在單位為 kg/s時戊烷的蒸發(fā)速率略大于異丁烷的蒸發(fā)速率。因此，相界面處的液相異丁烷的質量分數會比初始值略大；第三步，建立本組非共沸混合工質流動沸騰實驗臺的實驗段模型，物質選用戊烷/異丁烷質量比為0.25/0.75的混合物，計算4種實驗工況