本文關(guān)鍵詞：液氮核態(tài)池沸騰CFD模擬和可視化實(shí)驗(yàn)

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【摘要】：低溫流體池沸騰因其高效換熱,在工業(yè)機(jī)械換熱中有廣泛應(yīng)用,如低溫空氣分離過(guò)程中的冷凝蒸發(fā)器。本碩士論文對(duì)液氮(Liquid Nitrogen) LN2過(guò)程中的壁面沸騰模型進(jìn)行模擬研究,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、對(duì)比及修正。用可視化的方法觀(guān)測(cè)記錄上述過(guò)程,并用CFD (Computational Fluid Dynamics)壁面沸騰模型進(jìn)行驗(yàn)證和探究,并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,得到氣泡直徑和頻率的關(guān)聯(lián)式,修正了現(xiàn)有關(guān)聯(lián)式,擴(kuò)大了低溫沸騰關(guān)聯(lián)式在換熱方面的應(yīng)用范圍,對(duì)低溫流體沸騰換熱的研究具有重要性和必要性。 首先介紹CFD建模的主要過(guò)程和關(guān)聯(lián)式的選擇,同時(shí)指出了Fluent的模擬需要建立在測(cè)得氣泡脫離直徑,氣泡脫離頻率和活化核心密度等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上。建模過(guò)程分為前期網(wǎng)格劃分、數(shù)值計(jì)算和后期Fluent參數(shù)處理�；谝旱序v換熱可視化實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行幾何建模,其中因沸騰表面為重要換熱部分,所以網(wǎng)格需細(xì)化,然后導(dǎo)入Fluent中使用Fluent中的Boiling模型進(jìn)行求解計(jì)算。各種重要參數(shù)的選擇非常重要,對(duì)于氣泡脫離直徑和氣泡脫離頻率使用實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù),并將計(jì)算出的熱流密度和過(guò)熱度與實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,其他關(guān)鍵參數(shù)使用合適的內(nèi)置模型。 其次,為了獲取LN2池沸騰情況下的氣泡參數(shù),搭建液氮沸騰換熱可視化實(shí)驗(yàn)臺(tái),實(shí)驗(yàn)不僅記錄過(guò)熱度和熱流,還特別記錄、分析過(guò)熱度對(duì)氣泡脫離直徑和脫離頻率的影響,并修正現(xiàn)有關(guān)聯(lián)式,將其應(yīng)用于LN2等低溫流體,為此本文設(shè)計(jì)制作并完善了LN2核態(tài)池沸騰可視化實(shí)驗(yàn)裝置,計(jì)劃通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取LN2池沸騰時(shí)的氣泡脫離直徑,脫離頻率,熱流密度,加熱面過(guò)熱度等重要參數(shù)。 最后,研究LN2在不同熱流條件(3,000～200,000W/m2),一個(gè)大氣壓下的核態(tài)沸騰,并根據(jù)氣泡特征將核態(tài)沸騰劃分為三個(gè)階段,即低熱流階段(3,000～15,000W/m2),過(guò)渡沸騰階段(15,000～30,000W/m2),完全核態(tài)沸騰階段(FDNB, Fully Developed Nucleate Boiling)(30,000～200,000W/m2),并對(duì)不同階段的氣泡脫離頻率、脫離直徑進(jìn)行探究。根據(jù)實(shí)驗(yàn)中高速攝像機(jī)拍攝的影像資料對(duì)沸騰現(xiàn)象進(jìn)行描述和分類(lèi)。將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù),即氣泡脫離直徑和氣泡脫離頻率根據(jù)公式f1/2Dd=CJα√πα1進(jìn)行具體分析,分別對(duì)低熱流階段和完全核態(tài)沸騰階段進(jìn)行對(duì)比分析并擬合關(guān)聯(lián)式,與現(xiàn)有關(guān)聯(lián)式進(jìn)行對(duì)比。將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的過(guò)熱度、熱流密度的數(shù)據(jù)、CFD模擬數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,其中CFD模擬數(shù)據(jù)是將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的氣泡脫離直徑和氣泡脫離頻率帶入后進(jìn)行計(jì)算�；诘玫降姆序v過(guò)程氣泡直徑及頻率,構(gòu)建了核態(tài)沸騰數(shù)值模型得到的過(guò)熱度及熱流密度關(guān)系,與實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)吻合。得到結(jié)論：在低熱流的情況下,氣泡離散,C=32.12；完全核態(tài)沸騰階段,氣泡以氣泡莖的形式脫離,C=70.62。本研究對(duì)于探究核態(tài)沸騰機(jī)理有指導(dǎo)性作用,在工業(yè)機(jī)械換熱中,如低溫空氣分離過(guò)程中的冷凝蒸發(fā)器等的研究也有重要工程應(yīng)用和參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TK124

【相似文獻(xiàn)】

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1 郁伯銘;對(duì)“用飽和核態(tài)池沸騰換熱機(jī)理模型預(yù)測(cè)加熱壁面活化核心密度”一文的評(píng)論[J];熱能動(dòng)力工程;2002年02期

2 李震東;趙建福;魯仰輝;李晶;;池沸騰現(xiàn)象中熱毛細(xì)對(duì)流的成因[J];空間科學(xué)學(xué)報(bào);2008年01期

3 趙建福;李震東;張良;;不同重力條件下單氣泡池沸騰現(xiàn)象的數(shù)值研究[J];空間科學(xué)學(xué)報(bào);2012年04期

4 張永海;薛艷芳;魏進(jìn)家;趙建福;龍延;齊寶金;;微重力下微結(jié)構(gòu)表面池沸騰氣泡動(dòng)力學(xué)研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2013年11期

5 趙建福;萬(wàn)士昕;劉剛;閆娜;;微重力池沸騰實(shí)驗(yàn)研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2007年03期

6 劉剛;趙建福;萬(wàn)士昕;閆娜;;微重力池沸騰現(xiàn)象中的汽泡脫落直徑[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2008年01期

7 李晶;趙建福;閆娜;李震東;;微重力準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)池沸騰中的氣泡動(dòng)力學(xué)研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2009年03期

8 徐治國(guó);屈治國(guó);李定國(guó);趙長(zhǎng)穎;陶文銓;盧天健;王美琴;;通孔金屬泡沫表面的池沸騰實(shí)驗(yàn)研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2009年10期

9 張佳;白博峰;;超聲波對(duì)池沸騰換熱影響[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2011年06期

10 史琳;員盼鋒;彭曉峰;;薄層多孔層內(nèi)池沸騰時(shí)回液特性[J];熱科學(xué)與技術(shù);2011年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 李震東;趙建福;李晶;秦文韜;;單氣泡池沸騰過(guò)程中的氣泡動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬研究[A];力學(xué)與工程應(yīng)用（第十三卷）[C];2010年

2 趙建福;張良;李震東;;單氣泡池沸騰現(xiàn)象中氣泡熱動(dòng)力學(xué)特征[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

3 熊高鵬;歐陽(yáng)新萍;;水平強(qiáng)化管外池沸騰換熱性能實(shí)驗(yàn)研究[A];上海市制冷學(xué)會(huì)2005年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

4 姜帆;歐陽(yáng)新萍;李海珍;張同榮;;Turbo-B類(lèi)池沸騰雙側(cè)強(qiáng)化管傳熱性能實(shí)驗(yàn)研究[A];走中國(guó)創(chuàng)造之路——2011中國(guó)制冷學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

5 劉圣春;劉江彬;寧?kù)o紅;孫志利;李蘭;;CO_2單管電加熱池沸騰換熱實(shí)驗(yàn)研究[A];高等學(xué)校工程熱物理第十九屆全國(guó)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 劉江彬;二氧化碳單管電加熱池沸騰換熱研究[D];天津商業(yè)大學(xué);2013年

2 李博;CO_2單管池沸騰換熱實(shí)驗(yàn)研究[D];天津大學(xué);2007年

3 熊煒;液氮核態(tài)池沸騰CFD模擬和可視化實(shí)驗(yàn)[D];浙江大學(xué);2015年

4 張良;添加TiO_2的HFC245fa納米制冷劑池沸騰換熱研究[D];清華大學(xué);2011年

5 莊大偉;納米制冷劑池沸騰換熱特性的研究[D];上海交通大學(xué);2011年

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