氣液相變模型在冷凝中的改進(jìn)及其在低溫下的應(yīng)用.pdf

1、低溫制冷機(jī)已經(jīng)可以在液氮溫度77K下提供千瓦級的冷量，這意味著有限大小的冷頭表面的熱流密度達(dá)到105W/m2量級。低溫下的冷量需要消耗大量功，冷量在傳熱中的損失極受重視。冷凝是常用的高熱流密度傳熱方案，然而低溫下的冷凝換熱系數(shù)卻受到流體導(dǎo)熱系數(shù)、表面張力、潛熱等多方面限制，無法達(dá)到較高水平。
　　本研究通過對Patankar& Sparrow模型在低溫下的擴(kuò)展應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)了高翅片在低溫下可以達(dá)到較高翅片效率，異于常溫下高翅片低翅片效

2、率的經(jīng)驗常識。借助CFD數(shù)值模擬方法驗證的過程中，通過對相變模型的理論分析，提出了界面溫度與模型參數(shù)之間的理論公式，并借助該公式對相變模型進(jìn)行了改進(jìn)，使得模型在收斂性和準(zhǔn)確性上都具有顯著的提升。在此基礎(chǔ)上將公式拓展到了過熱氣冷凝傳熱中，可得到過熱氣冷凝中的界面溫度公式。該公式在取極限時能夠回歸到飽和冷凝公式，兩者達(dá)到統(tǒng)一。在改進(jìn)模型的幫助下，構(gòu)建了縱向翅片形成的翅間矩形小通道的CFD模型，并針對不同流量的飽和氮氣冷凝進(jìn)行了計算，得到了其

3、傳熱、相體積分?jǐn)?shù)、出口氣體回流、翅片溫度等多方面的參數(shù)分布，并總結(jié)得到了矩形小通道冷凝的換熱公式。通過討論在壓力邊界下的冷凝，發(fā)現(xiàn)了出口液體回流下的制冷機(jī)冷凝傳熱惡化機(jī)理。模型計算所得的傳熱公式證明，高翅片在低溫下具有較高的傳熱量，能夠?qū)⒙忝孀匀焕淠璧?7.5 K傳熱溫差下降至1.5 K，傳熱能得到顯著的改善。將數(shù)值模型應(yīng)用到過熱氮氣冷凝中，發(fā)現(xiàn)了入口干區(qū)仍然可以借助大傳熱溫差進(jìn)行對流傳熱，不會導(dǎo)致翅片效率急劇下降。此外，由于過熱氣