豎直通道內(nèi)液氮流動(dòng)沸騰中泡狀流的數(shù)值模擬研究.pdf

1、由于飽和溫度較低，液氮在輸送過(guò)程中很容易受熱形成汽泡，在豎直管路中，受熱產(chǎn)生的小汽泡在上升的過(guò)程中將逐漸聚合，最后形成幾乎完全填充管道截面的彈狀汽泡，管道內(nèi)不斷變化的含汽率將會(huì)使流體發(fā)生動(dòng)蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定，彈狀汽泡的存在以及上升甚至?xí)?dǎo)致管路阻塞，并將液柱擠出管路，產(chǎn)生間歇泉現(xiàn)象，有可能造成輸送管路以及系統(tǒng)設(shè)備的損壞。液氮流動(dòng)沸騰中的泡狀流同時(shí)包含過(guò)冷沸騰和飽和沸騰，對(duì)豎直管路中低溫流體汽泡由彌散汽泡聚合為彈狀汽泡的過(guò)程研究很有必要。<

2、br>　　近年來(lái)，兩流體模型被引入到液氮過(guò)冷流動(dòng)沸騰分析中。在泡狀流所涵蓋的整個(gè)區(qū)域中，汽泡的尺寸分布在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)。兩流體模型里，假定汽泡直徑在一定溫度范圍內(nèi)與液體過(guò)冷度呈線性關(guān)系，超出這一溫度范圍時(shí)，汽泡直徑為常數(shù)。因此兩流體模型不能拓展應(yīng)用于模擬整個(gè)泡狀流。為此，本文針對(duì)該盲區(qū)開展工作，將豎直通道內(nèi)液氮流動(dòng)沸騰過(guò)程中的泡狀流作為本文的主要研究對(duì)象，目標(biāo)是要建立能夠?qū)ε轄盍鞯南嚓P(guān)參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)的理論模型，新的理論模型同時(shí)可用于預(yù)測(cè)

3、泡/彈狀流型轉(zhuǎn)變。
　　為了建立液氮流動(dòng)沸騰中泡狀流的數(shù)學(xué)模型，本文從以下幾個(gè)方面開展工作，并取得了一定的成果：
　　首先基于群體平衡模型建立了平均汽泡數(shù)量密度方程，同時(shí)總結(jié)了常用的汽泡破裂和聚合模型，通過(guò)理論分析得到用于液氮流動(dòng)沸騰的汽泡聚合和破裂模型。平均汽泡數(shù)量密度方程和兩流體模型耦合在一起，構(gòu)成了平均汽泡數(shù)量密度模型。
　　其次，通過(guò)編制程序?qū)ζ骄輸?shù)量密度模型進(jìn)行數(shù)值求解，為了便于比較，也采用了兩流體模型進(jìn)

4、行求解。平均汽泡數(shù)量密度模型對(duì)流動(dòng)沸騰過(guò)程中的傳熱系數(shù)和壁面溫度等參數(shù)具有更高的預(yù)測(cè)精度。另外，汽泡的破裂和聚合極大程度影響流型轉(zhuǎn)變點(diǎn)后的全局壓降。
　　第三，引入MUSIG模型詳細(xì)分析了不同壁面熱流量、液體入口速度、過(guò)冷度以及不同管道高度時(shí)通道內(nèi)氣泡相界面面積、當(dāng)?shù)貧馀葜睆?、空泡系?shù)等參數(shù)沿徑向和軸向的分布。分析結(jié)果表明MUSIG模型可用來(lái)預(yù)測(cè)泡彈狀流型轉(zhuǎn)變區(qū)的流動(dòng)參數(shù)，也即該模型拓展了兩流體模型的使用范圍。
　　最后，分

5、別采用了Krichenko,Fritz的汽泡脫離直徑公式以及結(jié)合脫離汽泡受力平衡模型的多尺寸組模型對(duì)豎直環(huán)形管內(nèi)液氮的流動(dòng)沸騰進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明，結(jié)合脫離汽泡受力平衡模型的多尺寸組模型可用來(lái)預(yù)測(cè)流動(dòng)沸騰過(guò)程中的汽泡起飛直徑以及汽泡起飛直徑的變化趨勢(shì),同Krichenko，F(xiàn)ritz的汽泡脫離直徑公式比，該模型有助于改善管道內(nèi)汽泡尺寸分布以及空泡系數(shù)的預(yù)測(cè),從而有助于準(zhǔn)確分析彈狀汽泡及間歇泉的形成。
　　本文圍繞垂直通道內(nèi)的液