微加热丝表面池核沸腾过程中汽泡动态的数值模拟

摘要

随着科技的发展和技术的进步，能源问题已成为当今社会发展的主要问题之一。在合理的利用现有的能源和开发新能源的基础上，实现低温差、高效率的沸腾传热有着重大的意义。在沸腾的各个阶段，核态池沸腾因为具有温压小、传热强的特点，做为一种高效的传热方式得到广泛的应用，对核态池沸腾的研究对于热能动力、核能工程、低温工程、化工领域、航天技术的研究都有十分重要的意义。核态沸腾传热伴随着汽泡的生长和脱离过程，汽泡的成因和运动规律是沸腾传热强化机理的研究基础，因而研究沸腾过程中特别是微尺度物体表面的汽泡动力学研究具有重要意义和广泛的应用前景。
　　由于沸腾自身的复杂性，汽泡的运动受到多种因素的影响，当加热面减小到微尺度后，常规尺度的换热公式已不再适用。以往的研究多针对微尺度沸腾体系的传热效果进行研究，较少针对局部、细节过程和影响因素进行研究。本研究论文针对微尺度（直径和长度分别为60μm和65mm）的铂金加热丝上的过冷核态池沸腾过程建立计算模型，通过数值模拟和实验观测结果相对比的方法，探析影响微尺度加热丝上汽泡运动状态、汽泡间的碰撞、合并、分离以及绕流等现象的主要因素。分析结果表明，汽泡合并的过程主要受到表面张力的作用，可以不考虑热毛细力效应的影响;热毛细力效应对射流和汽泡加速度变化起主要的作用;汽泡的扫荡是表面张力和汽泡左右两端和汽泡与相邻汽泡之间热毛细效应的共同作用的结果;两汽泡间的热毛细力是引起汽泡在加热丝上横向加速度变化的主要原因，而流体粘度对汽泡横向运动无明显影响;当液体的有效粘度接近零时，热毛细力将驱使小汽泡沿大汽泡表面运动到大汽泡顶部后脱离形成汽泡绕流现象。

目录

声明

摘要

主要符号表

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 微尺度传热的应用背景

1．1．2 微尺度传热的研究进展

1．2 论文研究的内容

第2章 数值模拟

2．1 FLUENT软件简介

2．1．1 FLUENT软件的组成

2．1．2 FLUENT软件的基本操作

2．2 数值模拟模型

2．3 数值求解方法

2．3．1 计算网格及数学模型

2．3．2 气液界面的假定

2．3．3 混合物的假定

2．3．3 计算参数的选择及收敛判据

2．4 本章小结

第3章 工质为高纯水时汽泡运动的研究

3．1 射流现象

3．1．1 可视化观测结果

3．1．2 数值模拟

3．1．3 对比分析

3．2 扫荡现象

3．2．1 可视化观测结果

3．2．2 数值模拟

3．2．3 对比分析

3．3 汽泡碰撞后合并

3．3．1 可视化观测结果

3．3．2 数值模拟

3．3．3 对比分析

3．4 汽泡碰撞后分离

3．4．1 可视化观测结果

3．4．2 数值模拟

3．4．3 对比分析

3．5 汽泡的绕流

3．5．1 可视化观测结果

3．5．2 数值模拟及分析

3．6 本章小结

第4章 工质为醇溶液时汽泡运动的研究

4．1 汽泡成堆聚集

4．2 射流现象

4．2．1 双射流现象

4．2．2 间断射流

4．2．3 爆炸射流

4．3 绕流现象

4．3．1 可视化观测结果

4．3．2 数值模拟与分析

4．4 加热丝上瞬时紊乱过程

4．4．1 可视化观测结果

4．4．2 数值模拟与分析

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢