本文關鍵詞：重力特性對由溫差和濃差引起的氣相生成過程的影響

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【摘要】：微重力傳熱傳質因為空間科學的發(fā)展,成為近年來的研究熱點和前沿。在池沸騰過程中,汽泡行為復雜,它涉及了汽泡在加熱壁面上核化、汽泡的生長、汽泡的脫落以及相間傳熱傳質等過程。光生物制氫的氫氣泡產生過程,涉及到很復雜的光生化反應,很少有學者對此過程中的氣相產生具體過程進行研究,研究中往往忽略了氫氣泡的產生,都是假設氫氣以組分的形式溶解在溶液中。本文采用VOF方法對不同重力加速度條件下池沸騰和氫氣泡生長過程進行了數值模擬,通過建立池沸騰中汽泡核化及生長過程中質量與能量傳遞模型以及固定化細胞光生物制氫過程中氫氣泡的生長模型,對汽泡(氫氣泡)生長過程中幾何形態(tài)變化過程及溫度場(濃度場)和流場特性進行了數值模擬和分析。在重力對池沸騰過程的影響的研究中發(fā)現,微重力條件下汽泡周圍的流場和溫度場的分布以及Z方向和Y方向的速度分布與常重力情況下有顯著的差異,Marangoni效應會引起汽液界面附近產生渦流。在微重力作用下的汽泡不是直接脫離加熱壁面,而是在加熱壁面上無規(guī)則地竄動,同時微重力還促進了汽液界面上的傳熱。研究還表明,重力加速度越小,由表面張力引起的Marangoni對流越顯著。在微重力作用下,汽泡直徑的變化比較復雜,并與重力加速度的大小有關。在微重力條件下,微重力加速度越小,汽泡的直徑越大;當重力加速度小到一定的值(0.00005g),汽泡的直徑與常重力條件下幾乎相同(稍比常重力大一點)。研究還表明,在微重力下的池沸騰過程中,隨著系統(tǒng)壓力的增加,汽泡的直徑減小;隨著主流過冷度的增加,汽泡的直徑減小。隨著系統(tǒng)壓力的增加,壁面的換熱系數降低,且波動的幅度減小。隨著主流過冷度的增加,壁面的換熱系數降低,且波動的幅度也減小。在重力對光生物制氫過程中氫氣泡生長過程影響的研究表明,用Fluent來獲取基質通過固定化細胞光生物制氫過程中氫組份初始濃度場是可行的。在常重力作用下,氫氣泡不斷長大過程中氫氣泡的位置在沿著水平方向和豎直方向上都發(fā)生了較大的變化。在微重力作用時,氫氣泡的位置在水平方向上發(fā)生了一定的變化,而在豎直方向的變化不明顯。研究還發(fā)現,重力對多孔顆粒和通道中的氫組分、氫氣泡周圍和主流溶液的速度場都有很大的影響,而且隨著重力的減小,氫氣泡界面上的質量源項越來越均勻。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK124

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本文編號：1215907