矩形流道內(nèi)過冷流動沸騰汽泡凝結(jié)特性的數(shù)值研究.pdf

1、過冷流動沸騰中，兩相流動作為一個設(shè)計與安全分析的核心問題而廣泛存在于工業(yè)過程和能源動力工程等領(lǐng)域。在涉及到相變的場合，汽泡上升過程中的凝結(jié)及變形行為是描述兩相流動的一個非常關(guān)鍵且復(fù)雜的問題，是汽泡動力學(xué)中的重要內(nèi)容，也是計算兩相流傳熱和流動的焦點問題。本文建立了過冷流動沸騰汽泡凝結(jié)質(zhì)量與能量傳遞模型，通過改變系統(tǒng)壓力、主流過冷度和質(zhì)量流速以及汽泡初始尺寸等參數(shù)模擬了兩種不同尺寸流道內(nèi)的汽泡凝結(jié)過程，以探討工況參數(shù)對汽泡凝結(jié)界面換熱、汽泡

2、凝結(jié)時間以及汽泡幾何形態(tài)的影響，并分析凝結(jié)過程中汽泡內(nèi)部及周圍流場的變化，為實際的工程應(yīng)用提供相關(guān)參考依據(jù)。
　　研究發(fā)現(xiàn)，基于課題組可視化實驗得到的汽液界面凝結(jié)換熱系數(shù)建立的窄流道汽泡凝結(jié)質(zhì)量及能量傳遞模型其計算結(jié)果與相應(yīng)條件下的實驗結(jié)果吻合較好，誤差在±20％之內(nèi)。汽泡初始尺寸、過冷度和系統(tǒng)壓力等工況參數(shù)對汽泡凝結(jié)行為有著重要的影響：汽泡凝結(jié)時間與汽泡初始尺寸大小和主流過冷度呈正相關(guān)，凝結(jié)時汽泡周圍會出現(xiàn)旋渦，且過冷度越高，旋

3、渦將越大。與系統(tǒng)壓力成反相關(guān)，但受主流質(zhì)量流速影響很小。并通過界面源項分析，進一步證實汽泡凝結(jié)過程中泡內(nèi)飽和蒸汽與過冷流體之間的換熱僅發(fā)生在汽液界面區(qū)域。
　　研究還發(fā)現(xiàn)，基于Kim提出的汽液界面凝結(jié)換熱系數(shù)而建立的常規(guī)流道內(nèi)的過冷流動沸騰汽泡凝結(jié)質(zhì)量及能量傳遞模型，其得到不同工況下汽泡凝結(jié)變形過程的模擬結(jié)果與已發(fā)表的研究結(jié)果吻合較好。汽泡凝結(jié)時幾何形狀受汽泡初始直徑、主流過冷度和系統(tǒng)壓力等影響顯著。過冷度越高，汽泡變形更劇烈，初

4、始直徑越大，汽泡變形更劇烈；當(dāng)初始直徑和過冷度都達到一定值時，汽泡在凝結(jié)后期將發(fā)生破裂；系統(tǒng)壓力越高，汽泡幾何形態(tài)變化越小。但幾何形態(tài)受主流質(zhì)量流速影響很小，只有在凝結(jié)后期，高質(zhì)量流速下其幾何尺寸略小。通過分析汽泡內(nèi)部及其周圍流場，發(fā)現(xiàn)高過冷度下汽泡內(nèi)部及周圍的速度場要紊亂得多，導(dǎo)致汽泡冷凝過程的變形更顯著。尺寸較大的汽泡凝結(jié)過程中，其左右兩側(cè)會出現(xiàn)漩渦，且在其底部速度場較大，過冷度越高，速度越大。
　　本文最后對傾斜流道內(nèi)汽泡凝