基于格子Boltzmann方法的毛細管節(jié)流相變特性研究.pdf

1、毛細管是小型制冷空調(diào)設備的重要節(jié)流元件。目前，廣泛應用于制冷量小于10kW的小型制冷裝置中。毛細管結構簡單，但管內(nèi)兩相流動過程相當復雜。以往的研究雖然積累了不少相關性的經(jīng)驗，但由于實驗條件的限制，關于毛細管內(nèi)節(jié)流相變的細節(jié)很少涉及。管內(nèi)兩相流動仍然缺乏全面的認識，因此對毛細管節(jié)流相變流動特性的研究還有許多工作要做。
　　基于此背景，本文運用格子Boltzmann方法作為數(shù)值模擬手段模擬毛細管節(jié)流相變流動過程。通過將描述氣液兩相的自

2、由能模型與格子Boltzmann熱模型耦合，建立了一種新的描述氣液相變的非等溫格子Boltzmann模型。并根據(jù)數(shù)學模型，編寫C++計算程序。模擬中以已有R600a實驗數(shù)據(jù)為參考，通過分析設置算例中不同的計算條件，包括數(shù)學模型中相關參數(shù)的設定、壓力分布、速度分布和邊界處理格式的處理，最后得出最優(yōu)模擬條件。
　　本文模擬計算域為0.692mm×0.692mm×69.2mm，0.692mm×0.692mm×103.8mm兩種不同管徑比

3、的三維矩形毛細管。模擬給出了毛細管流動過程中流場的密度、溫度、壓力、速度等物理參量的分布情況，從更細微的角度研究相變過程。模擬結果表明:管內(nèi)壓降是驅(qū)動毛細管流動相變的重要因素，壓降越大，相變程度越大。相變發(fā)生前，管中部溫度高，存在較大的過熱度，有利于液體成核，故在管中部相形成低密度區(qū)，并在低密度區(qū)開始發(fā)生相變。發(fā)生相變后，管中的氣體迅速增多，管內(nèi)由初期分布的小塊氣團發(fā)展成貫穿管中部的長氣柱。最后出現(xiàn)環(huán)狀流流型，在小型制冷裝置中證實毛細管