數(shù)值研究有相變過程的發(fā)散冷卻問題.pdf

1、隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展,以液體為介質(zhì)的發(fā)散冷卻,以其相變潛熱高、儲存空間小、輸運能耗低等特點,成為一種潛在的高效主動冷卻方式,因此越來越受到人們的關(guān)注?？墒?如何對多孔介質(zhì)內(nèi)部有相變的兩相流動進行數(shù)學(xué)描述卻是一個存在爭議的問題。
　　 本文第一部分采用基于焓平衡的兩相混合模型(Two—phase Mixture Model,TPMM),對一維、穩(wěn)態(tài)、常物性、有相變過程的發(fā)散冷卻問題進行了數(shù)值研究。結(jié)果表明:的確存在前人試驗中

2、發(fā)現(xiàn)的三個相區(qū):液相區(qū)、兩相區(qū)、氣相區(qū)；由于兩相區(qū)的有效熱擴散系數(shù)極低造成了一種所謂的“隔熱層”現(xiàn)象,阻斷了極高熱流密度向冷端的傳遞,因此氣相區(qū)必須單獨承擔(dān)極高熱流密度,故引起氣相區(qū)溫度驟升。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)造成“隔熱層”現(xiàn)象的根本因為是由于TPMM模型中引入了第一個和第二個關(guān)鍵假設(shè),即:假設(shè)局部流體和固體骨架溫度相等,兩相區(qū)溫度為常數(shù)。
　　 鑒于TPMM模型存在的上述問題,本文第二部分提出了同樣基于焓平衡的改進模型?？紤]到在純物

3、質(zhì)相變中,兩相的吉布斯自由能相等,同時流體導(dǎo)熱的影響相對于導(dǎo)熱系數(shù)較高的固體骨架而言可以忽略,改進模型成功避免了引入TPMM模型中的第一個和第二個關(guān)鍵假設(shè)。采用改進模型,對一維、穩(wěn)態(tài)、常物性、有相變過程的發(fā)散冷卻問題進行了數(shù)值研究。結(jié)果表明:兩相區(qū)流體溫度分布并不是常數(shù),會出現(xiàn)先升后降的現(xiàn)象；越靠近熱端表面,流體和固體骨架之間的局部溫差越大,即:局部熱非平衡程度越高:隨著冷卻劑質(zhì)量流量降低,熱端表面熱非平衡程度不斷升高；由于毛細壓力的存