采用ANSYS FLUENT軟件,基于VOF模型對蒸汽在豎直平板上的層流膜狀冷凝換熱過程進行數(shù)值模擬研究。以S.K.Park蒸汽實驗為經(jīng)典算例驗證數(shù)值模擬計算模型的準(zhǔn)確性與可靠度,并基于該實驗的幾何模型,研究不同蒸汽流速、壁溫及壁面接觸角(亦表面張力)下的冷凝過程。通過分析相應(yīng)的冷凝水量、傳質(zhì)速度及局部換熱系數(shù)的分布云圖,得到蒸汽在豎直平板上冷凝換熱系數(shù)與蒸汽流速、壁溫及壁面接觸角的變化規(guī)律。

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【部分圖文】：

圖1蒸汽冷凝幾何模型

基于S.K.Park實驗[23]中的測試段管道,建立了如圖1所示的幾何模型。采用二維幾何模型進行測試管段的數(shù)值模擬研究,流體計算域的寬度為150mm,長度為1750mm。蒸汽在通道內(nèi)流動的工作壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,即101.325kPa。為排除入口效應(yīng)對于模擬準(zhǔn)確性的影響,將....

圖2數(shù)值模擬結(jié)果驗證

通過在相同工況下采用經(jīng)典Nuseelt公式[24]及ANSYSFLUENT軟件計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行對比,從而驗證數(shù)值計算模型的精確度,如圖2所示。由于S.K.Park實驗[22]提供的冷凝液膜的熱力學(xué)與流體動力學(xué)狀態(tài)與實際產(chǎn)生的自然凝結(jié)液存在偏差,導(dǎo)致實驗結(jié)果中靠近試驗段入口....

圖3不同流速條件下冷凝水量(壁溫為323.45K,壁面接觸角為90°)

從圖3中可以看出,當(dāng)蒸汽入口流速為2m/s時,生成的冷凝水體積分?jǐn)?shù)為0.586,隨著流速增加到5m/s,冷凝水體積分?jǐn)?shù)減少到0.570,流速再繼續(xù)增加到10m/s,冷凝水體積分?jǐn)?shù)降至0.524。氣液界面的剪切應(yīng)力隨著蒸汽流速不斷增大而不斷變強,相界面波動變得愈加劇烈,較大的....

圖4不同壁溫條件下冷凝水量(流速為5m/s,壁面接觸角為90°)

從圖5中可以看出,當(dāng)接觸角為10°時,冷凝水體積分?jǐn)?shù)為0.767,隨著接觸角增大到90°,冷凝水體積分?jǐn)?shù)減少到0.570,接觸角再繼續(xù)增大到160°,由于冷凝水在壁面上的黏附力減小,液膜斷裂程度加劇,導(dǎo)致冷凝水體積分?jǐn)?shù)降至0.535。圖5不同接觸角條件下冷凝水量(流速為5m/....

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