表面张力对矩形微通道汽液两相流动换热的影响

摘要

为探究表面张力对微通道内水溶液流动沸腾的影响,针对0.2 mm×20.0 mm的矩形微通道,底面恒热流(q=200 kW·m-2)加热的工况进行数值模拟.采取VOF多相流模型和用户自定义函数建模,应用几何重构的方法追踪汽液两相界面迁移的变化.通过计算得到表面张力σ分别为0.035,0.045,0.059 N·m-1(纯水)时,微通道内水溶液流动沸腾过程中汽泡沿流动方向的成长、聚并等演变行为和相应的汽液两相流的流型发展状况(泡状流、弹状流和拉伸汽泡流).结果表明:与σ=0.059 N·m-1相比,σ=0.035 N·m-1时,单个汽泡尺寸减小约1/2,流型转变滞后,且通道进出口压降△p波动幅度减小约2.1 kPa,加热壁面温度超过400 K的区域减少3/4,最高过热温度从1 600K降到1000K;不同的表面张力,微通道内流动方向上的汽泡演变过程有所差别,但均会依次出现泡状流、弹状流和拉伸汽泡流的流型变化规律;减小表面张力,有助于提高汽液两相流的流动稳定性,进而保证微通道内相变换热的可靠性.