空氣—水蒸氣混合氣體凝結(jié)與對流換熱特性的數(shù)值模擬.pdf

1、水蒸氣中含不凝氣體（空氣、二氧化碳等）的現(xiàn)象廣泛存在于核反應(yīng)器非能動安全冷卻系統(tǒng)、海水露點蒸發(fā)淡化工藝、天然氣燃?xì)饫淠夹g(shù)及工業(yè)余熱回收等過程中。本文借助Fluent商業(yè)軟件中的組分運輸模型和VOF模型對空氣-水蒸氣混合氣體的凝結(jié)與對流換熱過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。在UDF程序中，充分考慮了物性變化、凝結(jié)條件、氣-液界面捕捉精確性等對模擬結(jié)果的影響。
　　在整理混合氣體物性參數(shù)的相關(guān)論文、設(shè)計手冊、圖表的基礎(chǔ)上結(jié)合本文操作條件，干空

2、氣、水蒸氣和混合氣體均采用理想氣體狀態(tài)方程，干空氣和水蒸氣的動力粘度、擴散系數(shù)、水的汽化潛熱及飽和水蒸氣分壓力均采用多項式擬合。推導(dǎo)質(zhì)量源項和能量源項，并編寫了UDF。
　　忽略凝結(jié)液時，僅啟用組分運輸模型，代入適用的UDF，模擬了混合氣體在冷凝柱表面的凝結(jié)與對流換熱過程，平均換熱系數(shù)的數(shù)值模擬結(jié)果與相關(guān)實驗數(shù)據(jù)較為吻合，誤差在15％以內(nèi)。基本驗證了數(shù)值模型的正確性與可靠性。忽略凝結(jié)液，進(jìn)一步模擬了混合氣體在圓管內(nèi)的凝結(jié)與對流換熱

3、過程，得到了混合氣體溫度場、壓力場、速度場、組分場的變化過程，得到了局部及整體的凝結(jié)與對流換熱特性。模擬結(jié)果表明:在冷凝壁面產(chǎn)生質(zhì)量匯的效果，誘導(dǎo)流體產(chǎn)生垂直于冷凝壁面的較小法向速度;層流傳質(zhì)主要依賴于靜態(tài)擴散，湍流傳質(zhì)依賴于靜態(tài)擴散和對流擴散;平均對流換熱系數(shù)和平均傳質(zhì)系數(shù)均隨混合氣體入口流速、水蒸氣入口質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大;局部對流換熱系數(shù)占對應(yīng)局部總換熱系數(shù)的比值沿流動方向逐漸升高，比值始終低于0.5，所以冷凝換熱量不可忽視。

4、r>　　考慮凝結(jié)液時，同時啟用組分運輸模型和VOF模型，模擬了混合氣體在光滑圓管外的凝結(jié)與對流換熱過程?；旌蠚怏w中的水蒸氣在冷凝壁面冷凝生成液膜，液膜在壁面粘附和表面張力的作用下聚攏形成液滴，長大后的液滴在重力和氣-液界面剪切力的作用下沿壁面向下流動并且融合，液滴在融合過程中存在液膜波動。隨著組分邊界層的形成和液膜厚度的增大，管壁對流換熱系數(shù)及凝結(jié)換熱系數(shù)呈波動性下降，降低幅度在5％之內(nèi)。
　　本文編寫的UDF適用于二維直角坐標(biāo)系