分離式熱管蒸發(fā)段沸騰換熱數(shù)值模擬研究.pdf

1、分離式熱管換熱器的蒸發(fā)段和冷凝段分開安放的形式，既可以實現(xiàn)熱量的遠距離傳送，又有利于實現(xiàn)換熱器的大型化，另外蒸發(fā)段、冷凝段面積比例可以按照需要進行調(diào)整，使得分離式熱管在工程中得到了普遍地應用。本文基于非能動安全殼冷卻系統(tǒng)(PassiveContainment Cooling System，PCCS)對分離式熱管蒸發(fā)段流動和沸騰傳熱開展了研究。目前針對流動沸騰的工程設計問題最普遍的方法是采用經(jīng)驗或半經(jīng)驗關系式，而這種方法對幾何尺寸和流動參

2、數(shù)有一定的限制，因此設計者需要將關系式推廣到超出其給定的有效范圍，但這會導致較高的設計誤差。
　　基于全CFD的分離式熱管蒸發(fā)段相變傳質傳熱模型和模擬是克服這些困難的有效手段，而且該研究方法能減少實驗工作量，節(jié)約各項成本。目前管內(nèi)流動沸騰數(shù)值模擬研究技術并沒有很成熟，對熱管內(nèi)部傳質傳熱細節(jié)的研究也較鮮見，因此，本文希望在已有研究基礎上提出一個比較全面和綜合的、包含分離式熱管工作過程中兩相對流、相變以及傳熱等所有特征的CFD模型，具

3、體研究內(nèi)容和主要結論如下:
　　(1)介紹了非能動安全殼冷卻系統(tǒng)熱管蒸發(fā)段沸騰換熱數(shù)值模擬方法的建立，通過對現(xiàn)實問題的簡化，隨后建立幾何模型并劃分網(wǎng)格，確定邊界條件及工況;采用VOF方法計算自由表面，CSF模型計算表面張力，耦合Lee模型實現(xiàn)了氣-液兩相間的質量傳遞，建立了兩相流動沸騰數(shù)值模擬方法;對所建立模型進行網(wǎng)格的無關性檢驗，并把模擬結果和前人研究的經(jīng)驗關系式進行對比，驗證了模型的可靠性。
　　(2)基于上述數(shù)值求解方

4、法，模擬了垂直加熱管中氣泡的產(chǎn)生、生長、脫離及聚合等過程，并使用文獻中的實驗結果進行對比驗證，其結果顯示一致;分析了不同因素對蒸發(fā)管內(nèi)兩相流流型的影響，總結得到了流型轉變規(guī)律。
　　(3)結合非能動安全殼冷卻系統(tǒng)實際工況，對冷卻熱管蒸發(fā)段的換熱情況進行了參數(shù)敏感性分析，闡明了換熱和流型之間的關系，并得出以下結論:管徑的增大導致沸騰換熱系數(shù)的增大;初始充液率對沸騰換熱的影響主要體現(xiàn)在平衡狀態(tài)時，氣液兩相區(qū)占管長的比例;管外溫度和蒸氣