【摘要】：氮漿是一種固氮小顆粒懸浮于液氮中形成的液-固兩相低溫流體,具有密度高、熱容大的特性。也因此,氮漿有望成為高溫超導電纜等的冷卻劑。目前氮漿相關的基礎研究仍較少,為推動其實用化,需對其流動及換熱性質進行深入研究。本文對氮漿的池沸騰換熱特性進行數(shù)值模擬和實驗研究,主要研究內容包括:1.在歐拉-歐拉模型的基礎上建立氮漿的池沸騰換熱數(shù)值模型。采用顆粒動力學模型描述顆粒間的碰撞以及顆粒和液相間的相互作用,使用RPI熱流分配模型描述沸騰表面的換熱機理。驗證RPI模型和相關沸騰參數(shù)模型用于液氮和氮漿核態(tài)池沸騰模擬的可行性。基于建立的數(shù)值模型對三相點液氮和氮漿池沸騰時各相的行為特征及池內的流動狀況進行分析。2.搭建氮漿的池內換熱實驗裝置。使用凍結-融化法制備氮漿,通過電容式密度計測量氮漿內的固相顆粒含量,使用控制熱流法獲得穩(wěn)態(tài)沸騰工況。通過實驗對氮漿的池沸騰換熱特性及相關影響因素進行分析。結果表明,氮漿的換熱符合典型的核態(tài)沸騰換熱特征。隨著固相濃度的增大,氮漿在核態(tài)沸騰區(qū)的換熱增強。此外,在氮漿的池沸騰實驗中觀察到明顯的遲滯現(xiàn)象。3.建立了氮漿的核態(tài)池沸騰換熱實驗關聯(lián)式。對Rohsenow式用于液氮和氮漿核態(tài)池沸騰換熱計算的可靠性進行分析,在此基礎上,考慮固相含量對換熱的影響,建立適用于飽和液氮及氮漿核態(tài)池沸騰換熱的關聯(lián)式。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK124
【圖文】：

圖 1.1 典型的沸騰曲線[40]態(tài)沸騰有以下幾種熱流轉移方式[41,42]：1) 液體和換泡脫離壁面時，周圍液體迅速補充到氣泡原占據(jù)的換體和換熱表面直接接觸發(fā)生導熱傳熱；2) 換熱表面。對流換熱過程貫穿在核態(tài)沸騰的整個階段；3) 氣一液體薄膜。氣泡長大過程中，薄膜中的液體從換熱沸騰的換熱機理，學者們提出了許多換熱機理模型，流類比模型、液體微層汽化模型等，也有將幾種機理，學者們也對核態(tài)沸騰換熱的預測提出了各種經(jīng)驗和和經(jīng)驗關聯(lián)式的提出豐富了核態(tài)沸騰的理論，但它們特征，應用場合有限。

位論文 存在不同于常規(guī)流體的特點。與水和制冷劑相比，液氮等低溫流發(fā)潛熱、導熱系數(shù)、液氣密度比等熱物性上都存在較大的不同[獻認為液氮的接觸角為 0°[46]或 1°[47]，而常壓下水的接觸角為騰時氣泡生長中非常重要的影響因素，如圖 1.2 所示。很小的接換熱表面，具體到對沸騰行為的影響上，則會表現(xiàn)出需要一個更態(tài)沸騰。這也使得低溫流體池沸騰中更易觀察到遲滯現(xiàn)象。

max ,maxs s，swU 為顆粒和壁面的相對滑移速度。 和swe 分別為顆粒與壁面作用的鏡面系數(shù)數(shù)，表征由于顆粒和壁面交互作用引起的能量耗散，根據(jù)不同的顆粒和壁面表面條在 0~1 之間[33]。本文的計算中， = 0.01， 0.95swe =[37]。3 RPI 熱流分配模型氮漿核態(tài)沸騰時沸騰表面的換熱機理尚不明確。數(shù)值計算時，我們將換熱表面的簡化處理，使用 RPI 熱流分配模型計算沸騰表面液體和壁面之間的換熱，該模ul 和 Podowski 提出[70]。如圖 2.1 所示，其將壁面?zhèn)鬟f到液體的熱流分為三個部分熱熱流(convective heat flux,Cq )，急冷換熱熱流(quenching heat flux,Qq )和蒸發(fā)(evaporative heat flux,Eq )：W C Q Eq = q + q +q

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本文編號：2751436