旋转管内液膜的流动沸腾传热特性研究

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旋转管内液膜流动沸腾传热效率高,利用旋转液膜流动沸腾传热可以实现旋转部件中热量的高效传输,对于旋转设备的热管理是一种良好的选择。由于现在对旋转管内的液膜流动沸腾传热特性的认识还不够清晰,一定程度上制约了该项技术的进一步发展。本文为研究关键因素对旋转液膜流动沸腾换热特性的影响规律,建立了描述旋转液膜流动沸腾传热过程的数学模型,并开展了三维数值仿真。通过可视化实验进行了模型的准确性验证。本文分析并总结在热流密度以及体积流量等不同工况下的旋转液膜流动沸腾换热特性,着重探索了旋转运动下流体所受的惯性力对流动与传热过程的影响。研究结果表明:1)旋转速度的增加会促进旋转液膜的对流换热能力,同时会抑制旋转液膜内部的核态沸腾;2)随着旋转速度的增加,在体积流量为0.18m~3/h的工况下,旋转液膜的等效换热系数先增后降,并在向心加速度为40g的工况下达到极大值,在体积流量为0.35m~3/h的工况下,旋转液膜的等效换热系数在向心加速度20g至40g的范围内增加,而后震荡;3)在向心加速度为20g至80g的工况下,科式力诱发的扰动涡对旋转液膜内部流场的影响较大;在向心加速度为80g至120g的工况下,科式力诱发的扰动涡对旋转液膜内部流场的影响被较大的湍流强度所淹没;4)在向心加速度为20g至80g的工况下,科式力对旋转液膜内部的核态沸腾起削弱作用;在向心加速度为80g至120g的工况下,科式力对旋转液膜内部的核态沸腾几乎没有影响;5)热流密度的增加使得沸腾中产生的气泡个数以及尺寸增加,与此同时旋转液膜的换热能力随着热流密度的上升而下降。本文获取了在热流密度以及体积流量不同工况下的旋转液膜流动沸腾换热特性,着重探索了旋转运动下流体所受的惯性力对流动与传热过程的影响,为旋转液膜流动沸腾传热的应用以及进一步研究提供了参考。
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