蒸汽氣泡在過冷水中生長流動的數(shù)值研究.pdf

1、由于高換熱速率和低驅(qū)動勢需求等優(yōu)點，蒸汽氣泡冷凝在工程系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。蒸汽氣泡冷凝過程包括氣泡的產(chǎn)生、分離和上升三個階段。氣泡的產(chǎn)生階段受到過冷度、壁面接觸角等多種因素影響;而氣泡上升階段又和分離時氣泡體積有關(guān)。因此，蒸汽氣泡的預(yù)測非常困難，值得深入研究。
　　本文基于VOF方法，通過UDF介入，建立了水蒸氣氣泡冷凝的數(shù)值方法，并數(shù)值模擬了水蒸氣氣泡在過冷水中的生長、分離過程及單個水蒸氣氣泡和水蒸氣空氣組成的混合氣泡在液態(tài)水

2、中的上升過程。氣液兩相流采用VOF方法模擬，混合氣體采用組分輸運模型。基于分子動力學(xué)理論建立了水蒸氣及水蒸氣和干空氣組成的混合氣體在液態(tài)水中冷凝的相變模型。相變過程中的傳質(zhì)以用戶自定義源項的方式添加到方程中。借助參考文獻(xiàn)和表格資料，確定了本文模擬工況下各參數(shù)的物性?；旌蠚怏w的密度由理想氣體狀態(tài)方程求出，其余物性由經(jīng)驗公式或擬合公式得到。
　　對單個氣泡在過冷水中的冷凝上升過程進(jìn)行了模擬，且通過一維Stefan相變問題驗證了所使用的

3、相變模型的正確性。研究表明氣泡冷凝過程中的變形由Re數(shù)、Eo數(shù)、M數(shù)三種無量綱參數(shù)決定。增加氣泡的初始直徑，氣泡的存在時間增長且變形更為復(fù)雜，在冷凝末期出現(xiàn)氣泡破碎的冷凝加速階段;增加過冷度后氣泡存在時間變短且氣泡直徑隨時間幾乎直線減小;系統(tǒng)壓力增加后氣泡的存在時間增加且形狀改變減少。不凝氣存在時，氣泡的冷凝時間變長，速度增長變緩且最終速度減小。氣液界面的換熱系數(shù)隨不凝氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而急劇減小。
　　對定流量時水蒸氣和空氣氣