分離式熱管蒸發(fā)段沸騰換熱數(shù)值模擬研究.pdf

1、分離式熱管換熱器的蒸發(fā)段和冷凝段分開(kāi)安放的形式，既可以實(shí)現(xiàn)熱量的遠(yuǎn)距離傳送，又有利于實(shí)現(xiàn)換熱器的大型化，另外蒸發(fā)段、冷凝段面積比例可以按照需要進(jìn)行調(diào)整，使得分離式熱管在工程中得到了普遍地應(yīng)用。本文基于非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)(PassiveContainment Cooling System，PCCS)對(duì)分離式熱管蒸發(fā)段流動(dòng)和沸騰傳熱開(kāi)展了研究。目前針對(duì)流動(dòng)沸騰的工程設(shè)計(jì)問(wèn)題最普遍的方法是采用經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，而這種方法對(duì)幾何尺寸和流動(dòng)參

2、數(shù)有一定的限制，因此設(shè)計(jì)者需要將關(guān)系式推廣到超出其給定的有效范圍，但這會(huì)導(dǎo)致較高的設(shè)計(jì)誤差。
　　基于全CFD的分離式熱管蒸發(fā)段相變傳質(zhì)傳熱模型和模擬是克服這些困難的有效手段，而且該研究方法能減少實(shí)驗(yàn)工作量，節(jié)約各項(xiàng)成本。目前管內(nèi)流動(dòng)沸騰數(shù)值模擬研究技術(shù)并沒(méi)有很成熟，對(duì)熱管內(nèi)部傳質(zhì)傳熱細(xì)節(jié)的研究也較鮮見(jiàn)，因此，本文希望在已有研究基礎(chǔ)上提出一個(gè)比較全面和綜合的、包含分離式熱管工作過(guò)程中兩相對(duì)流、相變以及傳熱等所有特征的CFD模型，具

3、體研究?jī)?nèi)容和主要結(jié)論如下:
　　(1)介紹了非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)熱管蒸發(fā)段沸騰換熱數(shù)值模擬方法的建立，通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的簡(jiǎn)化，隨后建立幾何模型并劃分網(wǎng)格，確定邊界條件及工況;采用VOF方法計(jì)算自由表面，CSF模型計(jì)算表面張力，耦合Lee模型實(shí)現(xiàn)了氣-液兩相間的質(zhì)量傳遞，建立了兩相流動(dòng)沸騰數(shù)值模擬方法;對(duì)所建立模型進(jìn)行網(wǎng)格的無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)，并把模擬結(jié)果和前人研究的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了模型的可靠性。
　　(2)基于上述數(shù)值求解方

4、法，模擬了垂直加熱管中氣泡的產(chǎn)生、生長(zhǎng)、脫離及聚合等過(guò)程，并使用文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，其結(jié)果顯示一致;分析了不同因素對(duì)蒸發(fā)管內(nèi)兩相流流型的影響，總結(jié)得到了流型轉(zhuǎn)變規(guī)律。
　　(3)結(jié)合非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)實(shí)際工況，對(duì)冷卻熱管蒸發(fā)段的換熱情況進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析，闡明了換熱和流型之間的關(guān)系，并得出以下結(jié)論:管徑的增大導(dǎo)致沸騰換熱系數(shù)的增大;初始充液率對(duì)沸騰換熱的影響主要體現(xiàn)在平衡狀態(tài)時(shí)，氣液兩相區(qū)占管長(zhǎng)的比例;管外溫度和蒸氣