本文關(guān)鍵詞：矩形窄通道內(nèi)流動沸騰特性及CHF點的實驗與數(shù)值模擬

  更多相關(guān)文章： 矩形窄通道 流動沸騰 實驗研究 數(shù)值模擬 流型

【摘要】：近年來,隨著微機電系統(tǒng)及微加工技術(shù)應(yīng)用的不斷拓展,設(shè)備呈現(xiàn)出緊湊化、模塊化的發(fā)展趨勢。高度的集成化使得設(shè)備運行時熱流密度增大,如何實現(xiàn)設(shè)備高熱流密度下有效冷卻,使其保持在允許的溫度范圍便成為研究的關(guān)鍵。微細通道內(nèi)的流動沸騰換熱能夠很好的解決這一問題,但目前對于微尺度下流動沸騰機理研究尚不明確。因此,本課題采用實驗研究和數(shù)值模擬的方法對矩形窄通道內(nèi)流動沸騰及CHF點特性進行研究,為微冷卻通道的設(shè)計和優(yōu)化提供理論依據(jù),具有重要實踐意義。本文首先建立了一套適用于矩形窄通道內(nèi)流動沸騰特性研究的實驗系統(tǒng),并介紹了實驗系統(tǒng)組成、實驗儀器設(shè)備、實驗參數(shù)測量、實驗數(shù)據(jù)處理及實驗不確定度分析,結(jié)合實驗結(jié)果擬合出了矩形通道流動沸騰傳熱關(guān)聯(lián)式。其次,本文運用Fluent軟件對矩形窄通道內(nèi)流動沸騰特性進行了數(shù)值模擬。模擬采用VOF多相流模型,引入變物性特性及表面張力模型,并結(jié)合UDF實現(xiàn)相變過程。通過對模擬結(jié)果的分析:(1)得到了矩形通道內(nèi)流型分布特征,繪制出多種坐標形式下的流型圖,并研究了熱流密度、質(zhì)量流速、飽和溫度、含汽率對流型變化的影響(2)結(jié)合相分布圖研究氣泡生長特性,對氣泡生長歷程作了總結(jié)。(3)得到熱流密度、質(zhì)量流速、飽和溫度、通道尺寸、含汽率對傳熱系數(shù)的影響,將傳熱機理分為核態(tài)沸騰及強制對流傳熱,并根據(jù)傳熱機理的不同將流動沸騰過程分為四個區(qū)域。(4)總結(jié)了熱流密度、質(zhì)量流速及通道尺寸對壓力降的影響,并與實驗結(jié)果對比證明結(jié)果可靠性。最后,本文對矩形窄通道內(nèi)流動沸騰CHF點進行了數(shù)值計算,著重介紹了模擬過程中CHF點的確定方法,對CHF點的影響因素進行分析。研究表明:CHF隨著質(zhì)量流速增加而增加,隨著/eL D增大而不斷減小;入口過冷度對于CHF的影響可忽略;在相同通道尺寸及入口條件下,上升流的CHF比下降流略大。隨著壓力增大,CHF減小,但通道過窄時隨壓力增大可能出現(xiàn)先增大后減小的趨勢。
【關(guān)鍵詞】：矩形窄通道 流動沸騰 實驗研究 數(shù)值模擬 流型
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 主要符號表11-13
• 第一章 緒論13-26
• 1.1 背景和意義13-14
• 1.2 通道尺度劃分14-16
• 1.3 流動沸騰傳熱16-17
• 1.4 研究現(xiàn)狀17-24
• 1.4.1 傳熱特性研究17-18
• 1.4.2 壓力降研究18-19
• 1.4.3 流型研究19-22
• 1.4.4 汽泡行為研究22
• 1.4.5 CHF點的研究22-23
• 1.4.6 模擬研究23-24
• 1.5 小結(jié)24-26
• 第二章 實驗研究26-36
• 2.1 實驗系統(tǒng)26-29
• 2.1.1 實驗回路26-27
• 2.1.2 測量與輔助設(shè)備27-28
• 2.1.3 試驗段設(shè)計28-29
• 2.2 實驗步驟29-30
• 2.3 實驗數(shù)據(jù)處理30-31
• 2.3.1 熱效率計算30
• 2.3.2 熱流密度計算30-31
• 2.3.3 含汽率計算31
• 2.3.4 壁面溫度計算31
• 2.3.5 傳熱系數(shù)計算31
• 2.4 實驗不確定度分析31-33
• 2.4.1 直接測量不確定度32
• 2.4.2 間接測量不確定度32-33
• 2.5 實驗工況33
• 2.6 傳熱關(guān)聯(lián)式推導(dǎo)33-36
• 第三章 數(shù)值方程及模型36-42
• 3.1 計算流體力學(xué)簡介36-37
• 3.2 FLUENT適用性驗證37
• 3.3 控制方程及離散37-39
• 3.3.1 控制方程37-38
• 3.3.2 控制方程的的離散38-39
• 3.3.3 離散格式的選擇39
• 3.3.4 N-S方程壓力修正39
• 3.4 多相流模型39-40
• 3.4.1 VOF模型40
• 3.4.2 Mixture模型40
• 3.4.3 歐拉模型40
• 3.5 湍流模型40-41
• 3.5.1 模型介紹40-41
• 3.5.2 近壁面處理41
• 3.6 小結(jié)41-42
• 第四章 模擬結(jié)果與分析42-65
• 4.1 CFD數(shù)值模擬方法及結(jié)果驗證42-47
• 4.1.1 幾何模型的建立42
• 4.1.2 網(wǎng)格劃分及獨立性驗證42-44
• 4.1.3 控制方程44-45
• 4.1.4 變物性設(shè)置45
• 4.1.5 表面張力設(shè)置45
• 4.1.6 UDF設(shè)置45-46
• 4.1.7 初始及邊界條件設(shè)定46
• 4.1.8 Fluent求解設(shè)置46-47
• 4.1.9 模型可行性驗證47
• 4.2 流型分布圖及影響因素47-51
• 4.2.1 流型分類47-48
• 4.2.2 流型變化及分布圖48-51
• 4.3 矩形窄通道內(nèi)的汽泡生長規(guī)律51-52
• 4.3.1 小汽泡生長階段51
• 4.3.2 大汽泡融合階段51-52
• 4.4 傳熱機理的研究52-60
• 4.4.1 飽和溫度對于傳熱系數(shù)的影響52-54
• 4.4.2 質(zhì)量流速對于傳熱系數(shù)的影響54-56
• 4.4.3 熱流密度對傳熱系數(shù)的影響56-57
• 4.4.4 通道尺寸對傳熱系數(shù)的影響57
• 4.4.5 傳熱機理總結(jié)57-60
• 4.5 流動沸騰壓力降研究60-64
• 4.5.1 流型對壓力影響機理61-63
• 4.5.2 壓力降的影響因素63-64
• 4.6 小結(jié)64-65
• 第五章 CHF點的數(shù)值模擬65-71
• 5.1 研究對象及工況65
• 5.2 CHF點的確定65-66
• 5.3 模擬可行性驗證66-67
• 5.4 CHF點影響因素分析67-70
• 5.4.1 質(zhì)量流速影響67-68
• 5.4.2 壓力影響68
• 5.4.3 通道尺寸影響68-69
• 5.4.4 入口過冷度影響69
• 5.4.5 流向影響69-70
• 5.5 小結(jié)70-71
• 第六章 結(jié)論和展望71-73
• 6.1 研究結(jié)論71-72
• 6.2 研究不足與展望72-73
• 參考文獻73-78
• 致謝78-79
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及科研成果79

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 白博峰;姜茂;閆鵬;;流動沸騰核態(tài)抑制的實驗研究[J];化學(xué)工程;2008年09期

2 肖波齊;;過冷流動沸騰分形特性的研究[J];三明學(xué)院學(xué)報;2009年02期

3 邵雪鋒;李祥東;汪榮順;;液氮流動沸騰數(shù)值模擬研究進展[J];低溫工程;2011年04期

4 彭曉峰,王補宣;微型槽內(nèi)流動沸騰的實驗研究[J];工程熱物理學(xué)報;1993年03期

5 顏曉虹;唐大偉;王際輝;;利用紅外溫度測量方式預(yù)測微管內(nèi)流動沸騰流型[J];工程熱物理學(xué)報;2006年04期

6 丁國忠;黃素逸;蘇順玉;舒水明;;環(huán)形狹縫通道中流動沸騰干涸點的實驗研究[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年04期

7 姜茂;白博峰;;流動沸騰空穴核化機理的實驗研究[J];工程熱物理學(xué)報;2008年03期

8 付鑫;齊守良;張鵬;王如竹;;小通道內(nèi)液氮流動沸騰的可視化研究[J];工程熱物理學(xué)報;2008年06期

9 魏敬華;潘良明;徐建軍;黃彥平;;附加慣性力作用下豎直矩形流道內(nèi)過冷流動沸騰的數(shù)值模擬[J];化工學(xué)報;2011年05期

10 劉傳成;閻昌琪;孫立成;陳炳德;幸奠川;;矩形窄通道內(nèi)流動沸騰阻力實驗與計算方法研究[J];原子能科學(xué)技術(shù);2012年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 張鵬;齊守良;王如竹;;微細通道中液氮流動沸騰的不穩(wěn)定性[A];第八屆全國低溫工程大會暨中國航天低溫專業(yè)信息網(wǎng)2007年度學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2007年

2 陳高飛;公茂瓊;吳劍峰;汪勝;;非共沸混合工質(zhì)流動沸騰參數(shù)計算方法研究[A];走中國創(chuàng)造之路——2011中國制冷學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

3 王林偉;徐豐;田婷婷;劉昊;;飽和流動沸騰中孤立氣泡行為的三維數(shù)值模擬[A];北京力學(xué)會第20屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

4 韓東;黃棟;高璞珍;陳勇;呂路路;;矩形窄通道內(nèi)流動沸騰阻力特性實驗研究[A];中國核科學(xué)技術(shù)進展報告（第二卷）——中國核學(xué)會2011年學(xué)術(shù)年會論文集第3冊（核能動力分卷（下））[C];2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 顏曉虹;微細通道內(nèi)流動沸騰的實驗和理論研究[D];中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2006年

2 常威;矩形細通道內(nèi)流動沸騰特性分析及實驗研究[D];山東大學(xué);2012年

3 譚魯志;流動沸騰臨界熱流密度的流體�；芯縖D];山東大學(xué);2013年

4 付鑫;微細通道內(nèi)液氮流動沸騰熱物理特性與機理的可視化研究[D];上海交通大學(xué);2011年

5 林曦鵬;PDMS微槽道內(nèi)微加熱片表面流動沸騰特性研究[D];清華大學(xué);2013年

6 郭雷;微細通道流動沸騰換熱機理及實驗研究[D];山東大學(xué);2011年

7 孫巖;微/小通道內(nèi)微多孔表面流動沸騰傳熱強化研究[D];華東理工大學(xué);2011年

8 任曉光;在池沸騰和流動沸騰裝置中處理表面上硫酸鈣結(jié)垢過程研究[D];大連理工大學(xué);1999年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王欣;沿程加熱虹吸泵內(nèi)流動沸騰的數(shù)值模擬[D];東華大學(xué);2016年

2 索羅(Mungai Solomon Kinuthia);電鍍微孔表面對過冷流動沸騰傳熱強化的研究[D];大連海事大學(xué);2016年

3 陳沖;矩形窄通道內(nèi)流動沸騰特性及CHF點的實驗與數(shù)值模擬[D];江蘇大學(xué);2016年

4 王碩;微細通道內(nèi)流動沸騰實驗研究[D];北京交通大學(xué);2011年

5 劉傳成;搖擺運動下矩形窄通道內(nèi)流動沸騰阻力特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

6 王際輝;微槽道內(nèi)流動沸騰可視化實驗研究與分析[D];中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2006年

7 郭昂;豎直矩形窄縫通道內(nèi)過冷流動沸騰的實驗研究與數(shù)值模擬[D];北京交通大學(xué);2014年

8 施蓉蓉;微細通道內(nèi)的流動沸騰換熱特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

9 鞠鵬;豎直管內(nèi)液氮過冷流動沸騰的汽泡動力學(xué)研究[D];上海交通大學(xué);2009年

10 逯國強;臥式螺旋管內(nèi)過冷流動沸騰起始點及壁溫特性研究[D];山東大學(xué);2014年

，

本文編號：842092