加熱棒表面沸騰換熱特性及臨界熱流密度研究.pdf

1、在石油化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)里，沸騰換熱因其具有很高的傳熱能力而被廣泛應用，其中棒狀的電加熱元件非常常見。沸騰的機理非常復雜，它是通過大量氣泡的形成、成長和運動將工質由液態(tài)轉換到氣態(tài)的一種劇烈的蒸發(fā)過程。沸騰換熱發(fā)生在沸騰壁面上，沸騰壁面的幾何特性和換熱特性都對換熱能力有很大的影響，也受到很多研究者的廣泛關注。其中沸騰表面所處的位置對沸騰換熱也有很大的影響。池沸騰換熱在工業(yè)領域有很重要的應用價值，它關系到如何最大限度地挖掘相變換熱器的工

2、作潛力，以期達到節(jié)約能源的目的。因此研究加熱表面沸騰換熱特性隨幾何結構和幾何位置的變化規(guī)律對提高沸騰換熱能力具有重要的科學和經濟意義，同時研究加熱表面的臨界熱流密度值對提高沸騰換熱效率和設備安全具有重要的現實意義。
　　本文開展了大長徑比電加熱元件池沸騰的實驗研究和數值模擬研究，通過加熱棒不同加熱功率和不同放置方式的比較，來研究加熱表面沸騰換熱特性的變化規(guī)律，主要包括以下三方面的內容:
　　(1)棒束池沸騰的可視化實驗研究和

3、溫度測量研究。實驗過程中運用高速攝影采集加熱表面氣泡的成核、生長和脫離過程的視頻文件，同時拍攝得到加熱壁面附近流體介質的流動形態(tài)。通過對采集到的視頻文件的處理，得到加熱表面氣泡的生長速率、生長周期、脫離直徑、脫離頻率和汽化核心密度。再計算得到加熱表面的相變速率和熱流密度，比較不同加熱功率和加熱棒不同軸向高度的沸騰換熱特性來得到其變化規(guī)律。實驗中采集加熱棒表面的溫度數據，比較加熱棒軸向各高度處的溫度，分析加熱棒表面溫度沿軸向高度的變化規(guī)律

4、。
　　(2)加熱棒豎直放置工況下池沸騰的數值模擬研究。本文基于ANSYS FLUENT平臺，構建六面體結構化網格，選用壁面沸騰模型對池沸騰現象進行模擬。首先對實驗工況進行數值模擬，對比數值結果和實驗結果，驗證數值模型的可靠性。在驗證數值模型可靠性的前提下，為了節(jié)約計算成本，對單根加熱棒的池沸騰進行數值模擬。通過數值模擬結果分析加熱棒豎直放置時加熱表面熱流密度、沸騰換熱系數隨加熱功率和加熱棒軸向高度的變化規(guī)律，同時得到加熱表面汽化