窄缝通道过冷沸腾壁面汽泡生长的研究

本文作者提出界面质点标记与局部网格加密相结合的方法来跟踪汽液界面移动 ,模拟了窄缝通道内过冷流动沸腾状况下加热壁面上汽泡的生长情况 ,并采用了klausner关于汽泡脱离的判断方法 ,计算至汽泡离开核化点开始沿壁面滑移为止。数值模拟得到汽泡的生长速率d(t) =ktn+d0 ,计算发现与大通道内相同参数条件下的流动核沸腾相比 ,窄缝通道内壁面上的活化汽泡具有生长速度减慢、脱落频率加快的特点。     

大宽隙比竖直矩形窄缝通道内混合对流传热的数值研究

用k- ε双方程模型研究了大宽隙比( 通道宽度与通道间隙之比> 25) 矩形窄缝通道内单相流体的混合对流换热问题。数值模拟结果表明, 大宽隙比窄缝通道内的混合对流存在着与圆管内混合对流相似的“中部热岛”现象,在给定流量下,壁面“热岛”现象随热流密度增大而加强,给定热流时壁面“热岛”随流量增加而减弱     

周期力场下窄通道内汽泡滑移实验研究

为了探索海洋条件下的沸腾换热机理,完善海洋条件下两相流动模型,采用高速摄影设备对摇摆状态周期力场下矩形窄通道内的汽泡滑移进行了实验研究。实验结果表明,在摇摆运动的影响下,汽泡的滑移速度发生了周期性波动,波动的周期与摇摆运动周期基本一致;摇摆运动所引起的附加惯性力以及系统流量的波动对汽泡滑移速度波动影响不大,摇摆运动所引起的汽泡直径变化是影响汽泡滑移速度波动的主要原因。     

单面加热微细窄通道内过冷沸腾的传热特性

以去离子水为工质,对大宽高比、小长径比的单面加热微细窄通道(W=5.01mm,H=0.52mm)内的过冷流动沸腾进行实验研究.结合高速摄像,探讨热流密度、质量流速和通道方向对换热系数、压降和流型的影响.结果表明,竖直通道内的沸腾流型随时间变化,主要为孤立泡状流.当热流较高时,孤立汽泡的生长或互相融合可以形成拉长汽泡.在较高流速(300和400kg/(m2·s))下,拉长汽泡在惯性力作用下迅速离开加热段;在低流速(200kg/(m2·s))下,拉长汽泡向上游扩张,在整个加热段上引发短时薄液膜蒸发过程,并伴随局部干涸和重新润湿的现象,同时换热系数显著高于较高流速下.相对于竖直通道,水平通道内在较低热流下被大量汽泡占据,形成较早的干涸,压降和壁温均出现较大的波动.     

低蒸汽含量的二相流流动沸腾研究

以R-113为介质,研究了汽泡流和腾涌流流型时的流动沸腾传热。认为液体主体中汽泡的扰动对壁面处的传热有较大影响,当流型发生转变时,其传热机理发生相应的变化。考虑管内汽泡流中汽含率的影响进而导出流动沸腾传热系数表达式,并对氟里昂流动沸腾传热的特点进行了分析。     

池式核沸腾中滑移汽泡的薄层蒸发传热模型

通过对池式核沸腾下加热壁面上滑移汽泡引起的薄层蒸发传热的分析,在若干假定基础上,建立了滑移汽泡薄层蒸发传热模型,并在该传热模型的基础上,结合管束沸腾传热机理的实验研究结果,给出了管束沸腾传热的薄层蒸发传热增强贡献的分析表达式,验证结果表明,采用建立模型计算所得单管池沸腾传热系数与实验结果的平均相对误差为±６．１％。     

矩形通道内气泡脱离点数值模拟和实验研究

关于过冷流动沸腾气泡脱离点(或称充分发展沸腾起始点,FDB)的研究大多局限在实验研究,缺少预测气泡脱离点的数值模拟模型和方法.建立了数值模拟过冷流动沸腾气泡脱离点的数学模型,利用Fluent实现了对气泡脱离点的数值模拟,并且对矩形通道内的气泡脱离点进行了实验研究.为了验证数值模拟结果的准确性,分别对比了圆管、矩形通道内数值模拟结果和经典模型计算结果,并将双面加热矩形通道内数值模拟结果与实验结果进行对比.分析表明:根据本文模型,可以实现对过冷流动沸腾气泡脱离点位置的数值模拟,而且具有较高的准确度.源于圆管实验的Saha-Zuber模型和Bowring模型适用于双面加热矩形通道.     

浸润度对低温下气膜产生的影响

针对气膜在沸腾过程中的低热导率以及能够降低流体流动阻力的特点,应用分子动力学模拟的方法在等温等压系综下模拟了气膜的形成过程,在较低的温度下得到了气膜.通过改变固液界面的接触角来改变固液界面的浸润度,进一步影响气膜的形成.结果表明,超疏水性固体壁面明显能够增强气膜形成,在较低温度下,一般的疏水性界面不能形成气膜,而超疏水性界面能够在较短时间内形成气膜,既可以减小流体流动阻力,又可以防止器件表面温度过高而烧坏.     

微圆柱阵微通道内沸腾换热及气泡运动特性研究

基于流体体积(VOF)模型对恒定热流密度下的微圆柱阵通道内的流动沸腾换热特性展开数值研究,并利用几何重构法捕捉气液两相界面迁移变化,研究了流道内流速的分布和微圆柱高度对气泡分布、沸腾换热性能及沸腾不稳定性的影响。结果表明:微圆柱的存在增加了气泡核化点密度;气泡运动增加了工质与加热壁面接触的可能性;微圆柱高度较低时,易发生气塞现象,加热面散热不均导致局部异常过热,换热性能下降;微圆柱阵通过阻碍气泡反向流动来降低沸腾不稳定性,但微圆柱高度过高会造成换热系统振荡,影响传热可靠性。     

疏水纳米通道内微流动数值计算方法研究

疏水表面水下减阻研究是当前减阻研究领域的热门课题之一,该类表面一般分布着微纳米尺度的微结构,其附近流动属微流动问题。以疏水纳米通道内微流动为例,探索了将现有微流动相关理论和方法应用于疏水性表面减阻研究的可行性,并结合疏水表面界面特性,给出了疏水纳米通道内微流动的分子动力学数值计算方法(MDS)。其中,在数学模型中,统计系综为正则系综(NVT),势能函数采用Lennard-Jones模型,壁面设定为刚性壁面,壁面疏水性则通过在势能函数中引入修正因子来表征;而在数值计算中,温度校正使用速度标定法,牛顿运动方程求解则采用Verlet算法。实例计算结果表明,疏水微通道内流体密度呈现内高、外低的振荡型对称分布特点,且随着壁面疏水性的增强,振荡程度减弱;同时疏水壁面处存在滑移现象,且滑移量随壁面疏水性增强而增大。     

池式反应堆内欠热沸腾空泡份额的研究

本文根据小型池式反应堆的运行工况,对活性区冷却剂通道内欠热沸腾的空泡份额做了实验研究和机理分析.给出了实验结果和理论计算模型.此项研究包括加热段的汽泡增长过程和不加热段的汽泡冷凝过程.     

过冷沸腾单汽泡可视化试验台的设计与实现

为了研究过冷沸腾两相流动工况下气泡的生长及脱离等运动特性,本文从单个沸腾汽泡的产生出发,考虑了影响汽泡产生的主要因素,通过对氧化铟锡(ITO)导电玻璃表面进行处理后通上合适电压,完成了过冷沸腾条件下汽泡生成可视化实验台设计,研究不同热流密度和水温过冷度对汽泡行为的影响。并用所搭建的实验台进行了部分实验,得到了不同条件下的气泡周期和脱离直径的变化规律,发现气泡的产生周期随加热功率的增大而减小,气泡的脱离直径随加热功率的增大而增大,从而验证了实验台的适用性。     

带有共轭导热柱的矩形窄缝通道内气体的流动传热模拟

以带有共轭导热柱的矩形窄缝管道内气体的流动传热为例,介绍了一种CFD的数值仿真技术．先利用Pro／e5．0建立了传热模型,再导入ICEM CFD中划分网格,最后在AN-SYS-CFX中进行求解计算．通过整个传热过程的模拟得出了矩形窄缝管道不同截面的温度、速度和压强分布云图,对不同高宽比情况下矩形窄缝管道内的气体流动与传热进行了对比分析,得出了大宽高比的矩形管道角部靠近上下面区域有热流集中现象,而且随着矩形窄缝管道高宽比越大,出口气流温度越高,传热效果越好,但阻力也越大,压降增加．     

水火弯板数值模拟中的水冷换热边界条件研究

在水火弯板过程数值模拟中,对流换热边界条件尤其是水冷对流换热边界条件对数值模拟的结果影响很大,其水冷对流换热系数的求解一直是水火弯板数值模拟中的一大难题.这里采用流动沸腾换热理论对水火弯板数值模拟中的水冷对流换热边界条件进行了研究,通过求得过冷水流动泡态沸腾起始点(ONB)和过冷水流动泡态沸腾临界点(CHF)的壁面过热度,比较水火弯板过程中钢板表面各处的温度和这2个壁面温度以确定冷却水的状态,根据冷却水的状态分别求其对应的过冷水单相流动对流换热系数和过冷水流动泡态沸腾换热系数.采用沸腾曲线对流换热边界条件和流动沸腾换热边界条件的数值模拟结果进行比较,结果表明流动沸腾换热边界条件的数值模拟结果精度明显提高,具有较高的研究价值.     

汽泡活化核心密度预测模型分析

为提高活化核心密度预测以及沸腾换热计算的准确度,本文对活化核心密度在流动沸腾下呈现的随机性进行研究,发现该参数在流动沸腾下呈对数正态分布.通过实验数据,利用压力、接触角、壁面过热度等参数对活化核心密度的影响进行对比分析,根据池沸腾和流动沸腾对现有预测模型的准确度进行对比评价.研究表明:活化核心密度主要受压力、壁面过热度和接触角的影响,液体过冷度和雷诺数的影响基本可以忽略,对于池沸腾,Li模型预测准确度最高,对于流动沸腾,受活化核心密度随机分布的影响,现有模型应用在流动沸腾下误差均较大.     

耗散粒子动力学的一种新的固体壁面边界条件

由于耗散粒子动力学（DPD）粒子间是软势作用,很难施加无滑移的固体壁面边界,为此提出一种新的固体壁面边界条件,该方法是通过给壁面粒子赋予相对流体粒子的虚拟速度,但壁面粒子不能移动,虚拟速度用于计算壁面粒子对流体粒子的耗散力,进而增大流体粒子的耗散阻力,实现壁面无滑移条件.利用新的边界模型模拟了微通道内的Poiseuille流动,得到的微通道内的速度分布曲线表明,该模型实现了壁面无滑移条件;得到的密度和温度分布曲线显示,壁面附近密度波动很小,但当壁面粒子密度大于8.0时,壁面附近流体粒子密度波动较大.模拟结果与Navier-Stokes方程理论解吻合很好,进一步验证了新边界的可行性和DPD程序的正确性.     

微尺度流动沸腾不稳定性的控制策略

微尺度流动沸腾不稳定性是发生在换热微通道内的一种复杂现象,其不稳性流动与传热给热控对象带来有害振动,使局部热力过程发生变化,导致传热恶化,产生不均匀的热应力,造成设备疲劳损坏。因此,如何有效抑制此类不稳定性的发生,以提高相变传热效率十分重要。针对目前国内外学者提出的沸腾不稳定性控制策略进行论述,这些策略大致可以分为主动式与被动式两大类。主动控制方法包括加种子汽泡、注入空气、用纳米流体三类;被动控制方法包括做入口节流装置、人工核化穴、用拓展通道等。文中对每种方法的原理、技术手段及其性能与优缺点等进行深入细致的阐述、对比与讨论,并对其未来的发展趋势作了展望。论述内容对微通道相变换热系统的设计、控制及运行有重要指导意义。     

竖直环形流道内流动沸腾传热研究

在沸腾传热实验中,一般壁面的加热方式有电加热和流体加热两种,在两种方式下的沸腾传热特性存在差异.针对流体加热方式下的沸腾传热问题,采用水加热方法,对水在竖直环形流道内的流动沸腾传热特性进行了可视化研究,并结合环状流模型、液泛原理和紊流普朗特数理论,给出了传热计算模型.实验段环隙宽度有5和3 mm两种,质量流速分别为16...     

壁面粗糙性对两相驱替的影响规律

油气田开发中,水驱法仍然是最主要的开发方式,粗糙通道的存在对于两相流动的影响不可忽略．为研究油水两相在粗糙通道内的流动情况,采用直接求解纳维-斯托克斯（Navier-Stokes,N-S）方程的方法模拟两相流体在单一粗糙喉道中的驱替过程,采用相场法实时追踪两相界面．通过建立简单规则的粗糙通道模型,研究相对粗糙高度、水平粗糙单元间隙比和黏度比等因素对两相驱替速度及两相界面长度的影响．建立光滑通道模型作为对照实验,研究壁面粗糙性的存在对两相驱替的总体影响．最后建立复杂粗糙通道模型验证简单模型所得规律的正确性．研究结果表明,壁面粗糙性的存在将会大大增加两相流动阻力,从而促进指进现象的产生,使得驱替效率下降．     

窄隙自然循环过冷沸腾流道中的温度分布特性

针对一体化反应堆的窄通道和自然循环特点,在常压下,以水为工质,对竖直窄环隙流道进行了自然循环过冷沸腾换热实验研究,通过对流道内温度的测量,考察了入口过冷度、流道间隙和加热负荷对流道内温度分布的影响.结果表明,在中低负荷区,流体的截面温度基本不受加热负荷的影响,入口过冷度使轴向壁温分布呈现非单调性变化,在一定条件下会引起沸腾区壁温的逆向升高,减小流道间隙或增大加热负荷有助于弱化入口过冷度的影响,减小流道间隙还有利于降低壁面温度,但流道间隙也不宜过小.