分離式熱管蒸發(fā)段沸騰換熱數值模擬研究.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，既可以實現熱量的遠距離傳送，又有利于實現換熱器的大型化，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(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驗或半經驗關系式，而這種方法對幾何尺寸和流動參

2、數有一定的限制，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。目前管內流動沸騰數值模擬研究技術并沒有很成熟，對熱管內部傳質傳熱細節(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、體研究內容和主要結論如下:
　　(1)介紹了非能動安全殼冷卻系統熱管蒸發(fā)段沸騰換熱數值模擬方法的建立，通過對現實問題的簡化，隨后建立幾何模型并劃分網格，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模型實現了氣-液兩相間的質量傳遞，建立了兩相流動沸騰數值模擬方法;對所建立模型進行網格的無關性檢驗，并把模擬結果和前人研究的經驗關系式進行對比，驗證了模型的可靠性。
　　(2)基于上述數值求解方

4、法，模擬了垂直加熱管中氣泡的產生、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實際工況，對冷卻熱管蒸發(fā)段的換熱情況進行了參數敏感性分析，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的增大;初始充液率對沸騰換熱的影響主要體現在平衡狀態(tài)時，氣液兩相區(qū)占管長的比例;管外溫度和蒸氣