數(shù)值研究有相變過(guò)程的發(fā)散冷卻問(wèn)題.pdf

1、隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展,以液體為介質(zhì)的發(fā)散冷卻,以其相變潛熱高、儲(chǔ)存空間小、輸運(yùn)能耗低等特點(diǎn),成為一種潛在的高效主動(dòng)冷卻方式,因此越來(lái)越受到人們的關(guān)注。可是,如何對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)部有相變的兩相流動(dòng)進(jìn)行數(shù)學(xué)描述卻是一個(gè)存在爭(zhēng)議的問(wèn)題。
　　 本文第一部分采用基于焓平衡的兩相混合模型(Two—phase Mixture Model,TPMM),對(duì)一維、穩(wěn)態(tài)、常物性、有相變過(guò)程的發(fā)散冷卻問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值研究。結(jié)果表明:的確存在前人試驗(yàn)中

2、發(fā)現(xiàn)的三個(gè)相區(qū):液相區(qū)、兩相區(qū)、氣相區(qū)；由于兩相區(qū)的有效熱擴(kuò)散系數(shù)極低造成了一種所謂的“隔熱層”現(xiàn)象,阻斷了極高熱流密度向冷端的傳遞,因此氣相區(qū)必須單獨(dú)承擔(dān)極高熱流密度,故引起氣相區(qū)溫度驟升。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)造成“隔熱層”現(xiàn)象的根本因?yàn)槭怯捎赥PMM模型中引入了第一個(gè)和第二個(gè)關(guān)鍵假設(shè),即:假設(shè)局部流體和固體骨架溫度相等,兩相區(qū)溫度為常數(shù)。
　　 鑒于TPMM模型存在的上述問(wèn)題,本文第二部分提出了同樣基于焓平衡的改進(jìn)模型。考慮到在純物

3、質(zhì)相變中,兩相的吉布斯自由能相等,同時(shí)流體導(dǎo)熱的影響相對(duì)于導(dǎo)熱系數(shù)較高的固體骨架而言可以忽略,改進(jìn)模型成功避免了引入TPMM模型中的第一個(gè)和第二個(gè)關(guān)鍵假設(shè)。采用改進(jìn)模型,對(duì)一維、穩(wěn)態(tài)、常物性、有相變過(guò)程的發(fā)散冷卻問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值研究。結(jié)果表明:兩相區(qū)流體溫度分布并不是常數(shù),會(huì)出現(xiàn)先升后降的現(xiàn)象；越靠近熱端表面,流體和固體骨架之間的局部溫差越大,即:局部熱非平衡程度越高:隨著冷卻劑質(zhì)量流量降低,熱端表面熱非平衡程度不斷升高；由于毛細(xì)壓力的存