建立橫管降膜蒸發(fā)傳熱過程三維數(shù)值模型,采用VOF方法模擬研究了純水在橫管外降膜蒸發(fā)的流動及傳熱過程,獲得兩液柱同時撞擊到橫管外液膜的鋪展動力學特性及液柱間波峰環(huán)的換熱特性,深入探究了噴淋密度變化對管外降膜流動及局部傳熱系數(shù)分布的影響。模擬結(jié)果表明:在橫管頂部液柱沖擊區(qū)局部傳熱系數(shù)和液膜流速最大,隨周向角的增加,管外局部傳熱系數(shù)先逐漸減小,后在橫管底部由于液膜擾動作用而回升。沿橫管軸向,從沖擊區(qū)至軸向中點液膜重疊區(qū),局部傳熱系數(shù)逐漸降低。在本文研究的噴淋密度0.052 kg/（m.s）<Γ<0.116 kg/（m·s）層流范圍內(nèi),噴淋密度的增加會強化管外蒸發(fā)傳熱效果,隨噴淋密度的增加,各點局部傳熱系數(shù)出現(xiàn)不同幅度的增大,而液膜增厚帶來的導(dǎo)熱抑制作用對沖擊區(qū)和液膜重疊區(qū)較為顯著。 

【文章來源】：工程熱物理學報. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

圖１物理模型與考察截面??Ｆｉｇ．?１?Ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ?ｒｅｇｉｏｎ??１．２數(shù)學模型??１．２．１控制方程??針對本文中的水平管外降膜流動與蒸發(fā)過程，??

的質(zhì)量傳遞速率，ｍｇｌ為氣??相到液相的質(zhì)量傳遞速率，ｋｇ／（ｓ．ｍ３）；?Ｐｌ、ａｇ和??而分別表示液相及氣相的體積分數(shù)和密度；Ｔ為當??前液相或氣相的溫度；Ｔｓａｔ為蒸發(fā)溫度；Ｃｆ為松弛因??子，表征發(fā)生相變的速率。??１．３網(wǎng)格劃分及參教設(shè)置??采用ＩＣＥＭ建模，使用“０”型分塊方法生成結(jié)??構(gòu)化網(wǎng)格，為提高網(wǎng)格模型的計算精度，對近壁面??及流體下落的區(qū)域進行網(wǎng)格加密，同時優(yōu)化模型計??算域以節(jié)約計算資源，網(wǎng)格寬度最�。埃埃�?ｍｍ，最??大０．２?ｍｍ，網(wǎng)格劃分情況如圖２所示。模型中設(shè)置??半徑為Ｉ?ｎｎｉｉ的卩４分之一圓柱頂面為ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｉｎｌｅｔ??邊界條件，圓柱頂面的其它區(qū)域設(shè)置為ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｉｎ－??１（＇１■邊界條件，橫管軸向及左右切面設(shè)置為ｓｙｍｍｅｔｒｙ??邊界條件，橫管內(nèi)壁設(shè)置為ｗａｌｌ邊界條件，橫管外??壁設(shè)置為ｃｏｕｐｌｅｄ壁面耦合邊界條件，其余設(shè)置為??ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｏｕｔｌｅｔ邊界條件。數(shù)值模型求解方法設(shè)置如??下：１）在三維直角坐標系下進行非穩(wěn)態(tài)模擬；２）壓??力速度耦合采用ＰＩＳ０算法，壓力項離散方法采用??ＰＲＥＳＴＯ！算法，動量方程離散采用ＱＵＩＣＫ格式，選??用Ｖ０Ｆ模型追蹤氣液相界面，選�。牵澹铮遥澹悖铮睿螅簦颍酰悖�??格式；３）考慮重力及表面張力的影響．??ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｉｎｌｅｔ??圖２網(wǎng)格模遛及邊界條件??Ｆｉｇ．?２?Ｇｒｉｄ?ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??１．４相關(guān)參數(shù)計算??申－側(cè)噴淋密度ｒ計兌公式為：??式中，Ｐ為噴淋液密度，ｋｇ／ｍ３；?ｒ為噴淋孔半徑，ｍ；??為噴淋入口流體工質(zhì)速度，ｍ

ａｎｄ?ｌｉｑｕｉｄ??密度／??動力黏度／??表面張力／??ｋｇ－ｍ－３??ｋｇ．ｍ－ｉ．ｓ?－１??Ｎ．ｍ－１??液態(tài)水??９９８．２??ｌｘｌＯ－３??０．０７３??水蒸氣??０．１３０４??１．０８５ｘ１０—５??１．５網(wǎng)格及時間步長獨立性驗證??為驗證傳熱模型網(wǎng)格的獨立性，分別選取網(wǎng)格??數(shù)量為４５萬、７８萬和１１２萬三種疏密程度的網(wǎng)格，??在相同條件下進行降膜蒸發(fā)數(shù)值模擬。由于液膜厚??度對局部傳熱系數(shù)有很大影響，故本文采用液膜厚??度為網(wǎng)格無關(guān)性驗證的評價指標。圖３為噴淋密度??ｒ二０．０７８?ｋｇ／（ｍ．ｓ）時，液膜流動穩(wěn)定后，三種網(wǎng)格??條件下Ｂ－Ｂ截面液膜厚度＜５隨周向角ｐ的變化情??況�？梢钥闯�，當網(wǎng)格數(shù)量達到７８萬時，液膜厚度??相對誤差控制在５％以內(nèi)，滿足網(wǎng)格獨立性要求，故??本文選用７８萬網(wǎng)格形式進行后續(xù)計算。??１．３??１．２??０．９??０．８??０．７??０?２０?４０?６０?８０?１００?１２０?１４０?１６０?１８０??（ｐ／ｎ??圖３網(wǎng)格獨立性驗證??Ｆｉｇ．?３?Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒｉｄｓ?ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ??針對７８萬網(wǎng)格模型選取不同大小的時間步長，??在相同參數(shù)設(shè)置條件下進行數(shù)值計算，分別提取出??該時間步長下Ｂ－Ｂ截面周向角ｐ＝９０°處液膜厚度??一４５?萬??—７８?萬??１１２?萬??廠＝０．０７８?ｋｇ／（ｍ．ｓ）??ｉｔ??

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]水平管外海水降膜流動與蒸發(fā)傳熱過程研究[D]. 陳學.大連理工大學 2015



本文編號：3389532