矩形流道內過冷流動沸騰汽泡凝結特性的數(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域。在涉及到相變的場合，汽泡上升過程中的凝結及變形行為是描述兩相流動的一個非常關鍵且復雜的問題，是汽泡動力學中的重要內容，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質量與能量傳遞模型，通過改變系統(tǒng)壓力、主流過冷度和質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的汽泡凝結過程，以探討工況參數(shù)對汽泡凝結界面換熱、汽泡

2、凝結時間以及汽泡幾何形態(tài)的影響，并分析凝結過程中汽泡內部及周圍流場的變化，為實際的工程應用提供相關參考依據(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換熱系數(shù)建立的窄流道汽泡凝結質量及能量傳遞模型其計算結果與相應條件下的實驗結果吻合較好，誤差在±20％之內。汽泡初始尺寸、過冷度和系統(tǒng)壓力等工況參數(shù)對汽泡凝結行為有著重要的影響：汽泡凝結時間與汽泡初始尺寸大小和主流過冷度呈正相關，凝結時汽泡周圍會出現(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，但受主流質量流速影響很小。并通過界面源項分析，進一步證實汽泡凝結過程中泡內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換熱系數(shù)而建立的常規(guī)流道內的過冷流動沸騰汽泡凝結質量及能量傳遞模型，其得到不同工況下汽泡凝結變形過程的模擬結果與已發(fā)表的研究結果吻合較好。汽泡凝結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；當初始直徑和過冷度都達到一定值時，汽泡在凝結后期將發(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)受主流質量流速影響很小，只有在凝結后期，高質量流速下其幾何尺寸略小。通過分析汽泡內部及其周圍流場，發(fā)現(xiàn)高過冷度下汽泡內部及周圍的速度場要紊亂得多，導致汽泡冷凝過程的變形更顯著。尺寸較大的汽泡凝結過程中，其左右兩側會出現(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汽泡凝