【摘要】：沸騰換熱研究是傳熱學(xué)的重要組成部分,對(duì)熱工學(xué)的理論拓展及應(yīng)用研究有重要意義。與對(duì)流換熱相比,在同等流量條件下,沸騰傳熱通過(guò)相變氣化潛熱帶走更多熱量,增強(qiáng)了換熱能力。同時(shí),在氣液兩相沸騰傳熱過(guò)程中,汽化產(chǎn)生的氣泡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)周圍液體進(jìn)行劇烈擾動(dòng),從而進(jìn)一步增強(qiáng)了其熱質(zhì)交換能力。本文采用CFD軟件作為技術(shù)手段,對(duì)膜態(tài)沸騰中的單氣泡演化及多孔介質(zhì)蒸騰問(wèn)題進(jìn)行了模擬研究,深入理解膜態(tài)沸騰及多孔介質(zhì)沸騰換熱的機(jī)理,以期指導(dǎo)相關(guān)的工程應(yīng)用。論文首先概括介紹了氣液兩相流中的氣泡動(dòng)力學(xué)研究以及多孔介質(zhì)光熱轉(zhuǎn)化材料的研究進(jìn)展。對(duì)現(xiàn)有的多相流研究方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要綜述,同時(shí)對(duì)沸騰傳熱的數(shù)值模擬理論以及相關(guān)模擬軟件進(jìn)行介紹。在對(duì)文獻(xiàn)調(diào)研及熟悉軟件的基礎(chǔ)上,根據(jù)前人的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果,通過(guò)CFD軟件對(duì)所構(gòu)建的模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。首先,通過(guò)構(gòu)建UDF函數(shù)以滿足實(shí)際條件下的膜態(tài)沸騰氣泡生成情況,氣泡由底層氣體界面演化,而非采用初始化氣泡方式生成。在該UDF條件下采用VOF模型于微觀層面對(duì)模型的氣化成核與單氣泡演化進(jìn)行了模擬研究;其次,選取模型中的主要物性參數(shù)進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn),研究不同參數(shù)與單氣泡演化之間的影響關(guān)系;最后,利用沸騰換熱原理,在宏觀層面上對(duì)多孔介質(zhì)蒸騰現(xiàn)象進(jìn)行模擬研究,并根據(jù)實(shí)際情況增加輻射模型條件,對(duì)多孔介質(zhì)池沸騰模型在太陽(yáng)輻射條件下進(jìn)行研究。其中本文主要研究結(jié)果如下:1.在對(duì)模型中的單氣泡演化模擬研究發(fā)現(xiàn),膜態(tài)沸騰過(guò)程中氣泡成核主要包含膨脹及拉伸兩個(gè)階段。在氣泡上升過(guò)程中,氣泡附近流體形成渦流,增強(qiáng)熱質(zhì)交換能力。2.在對(duì)單氣泡氣泡動(dòng)力學(xué)影響因素研究中發(fā)現(xiàn),液體表面張力及液體黏度增加,會(huì)延長(zhǎng)氣泡脫離時(shí)間,且氣泡直徑增加;液體密度及初始溫度梯度增加,氣泡脫離時(shí)間變短且形態(tài)無(wú)明顯變化。3.根據(jù)沸騰換熱理論,結(jié)合上述膜態(tài)沸騰研究結(jié)果,宏觀研究了多孔介質(zhì)加速蒸發(fā)現(xiàn)象。結(jié)果表明,對(duì)于頂層加熱的含有多孔介質(zhì)材料的池沸騰模型,存在液相區(qū)、兩相區(qū)、蒸汽區(qū)三個(gè)區(qū)域,蒸汽集中于加熱面與多孔介質(zhì)之間,溫度越高,蒸汽區(qū)向多孔介質(zhì)材料內(nèi)侵蝕,影響蒸汽產(chǎn)生效率。4.在一定強(qiáng)度太陽(yáng)輻射熱源條件下,含有多孔介質(zhì)的池沸騰模型因輻射耗散現(xiàn)象,在相同時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)量略微減少,其余參數(shù)變化與定常熱流加熱條件下一致。本文研究模型均依托于膜態(tài)沸騰換熱理論,由微觀到宏觀,由單氣泡演化到相場(chǎng)分布的順序進(jìn)行模擬研究,對(duì)于深入理解模態(tài)沸騰及多孔介質(zhì)沸騰換熱機(jī)理,強(qiáng)化換熱的方法優(yōu)化具有重要意義。
【圖文】：

圖 1.1 單孔氣泡的形成過(guò)程與影響因素氣泡上升過(guò)程中的形狀主要與氣泡周圍的液體相互作用力有關(guān)，，在運(yùn)動(dòng)過(guò)，因?yàn)橄嗷プ饔昧Φ年P(guān)系發(fā)生變形。氣泡受力主要包含液體的浮力、表面張力場(chǎng)的作用力等，同時(shí)變形的程度也與氣泡大小及物性參數(shù)有關(guān)。Clift[20]等人

氣泡在不同流體區(qū)域的形狀
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK124

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本文編號(hào)：2613362