純蒸汽及含不凝氣蒸汽垂直管內(nèi)凝結(jié)數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著科技的不斷發(fā)展，冷凝換熱需求不斷增加，相比于傳統(tǒng)的單相流換熱方式，多相流的研究逐漸進(jìn)入大家視野。在許多實(shí)際應(yīng)用中冷凝成為重要的換熱手段，例如核電廠的非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)、水冷凝汽器以及廣泛應(yīng)用在電子產(chǎn)品、航空航天、高原鐵路的熱管散熱器等。分析冷凝的影響因素及宏觀現(xiàn)象對提高凝結(jié)效率有重要意義，而冷凝的研究角度豐富，本文就最常應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的垂直管內(nèi)純蒸汽與含不凝性氣體的混合蒸汽凝結(jié)展開討論。由于理論分析方法的經(jīng)驗(yàn)公式有一定的前提限制，

2、而實(shí)驗(yàn)的方法又耗資較大、周期較長，數(shù)值模擬的方法一并解決了上述問題，于是本文選取數(shù)值模擬的研究方法針對垂直管內(nèi)的純蒸汽及含不凝性氣體的混合蒸氣凝結(jié)展開研究，具體的研究內(nèi)容與結(jié)論如下:
　　(1)針對垂直管內(nèi)的凝結(jié)，經(jīng)過合理簡化建立了二維幾何模型，隨后進(jìn)行網(wǎng)格劃分及邊界條件的設(shè)定，利用VOF方法捕捉相液界面，CSF模型計(jì)算表面張力，多組分模型實(shí)現(xiàn)含不凝性氣體的組分構(gòu)建。由于FLUENT自帶相變模塊無法準(zhǔn)確的模擬冷凝的發(fā)生，本文提出液

3、膜生長模型，利用UDF編程實(shí)現(xiàn)軟件冷凝模塊的補(bǔ)充。
　　(2)針對含不凝性氣體凝結(jié)的情況，按照不凝性氣體含量分成10％以下、10％-30％、30％以上三個(gè)階段。有別于前人研究，結(jié)合實(shí)際本文在探究含不凝性氣體凝結(jié)時(shí)在不凝性氣體含量較低時(shí)不忽略液膜，在關(guān)注換熱情況的同時(shí)也同樣關(guān)注液膜的形成。通過研究發(fā)現(xiàn)，在純蒸汽及含不凝性氣體凝結(jié)時(shí)管內(nèi)液相流態(tài)均以環(huán)狀流為主，但當(dāng)不凝性氣體含量較高時(shí)流場更復(fù)雜，液膜會(huì)出現(xiàn)局部斷裂，甚至有出現(xiàn)液滴夾帶現(xiàn)

4、象。速度場均顯示在貼壁處有較大速度梯度，從入口到出口方向速度呈減弱趨勢。
　　(3)結(jié)合實(shí)際不同工況，為探究管內(nèi)凝結(jié)傳熱特性，本文進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析，最終得出以下結(jié)論:接觸角的增大使得換熱系數(shù)也有所增加;隨著管徑的減小而增大。當(dāng)速度增大時(shí)換熱系數(shù)也隨之增大，壁溫的增大使得凝結(jié)換熱的溫差減小換熱系數(shù)增加。導(dǎo)熱系數(shù)較大的材料會(huì)增強(qiáng)凝結(jié)的換熱效果，使得換熱系數(shù)增加。對于不凝性氣體，含量越高換熱系數(shù)越小，當(dāng)含量在10％以內(nèi)換熱系數(shù)變化劇