在汽-液兩相混合模型基礎(chǔ)上,對(duì)汽-液交界面附近兩相過渡區(qū)的毛細(xì)力進(jìn)行表征,建立了毛細(xì)芯微槽蒸發(fā)器的三維穩(wěn)態(tài)軸對(duì)稱單元模型。同時(shí),以界面熱流密度和入口供液流量作為變工況參數(shù),劃分得到4種典型工況區(qū)間,并預(yù)測(cè)分析了蒸發(fā)器微型化過程的流動(dòng)-傳熱極限特性。結(jié)果表明,當(dāng)熱流密度一定時(shí),隨著微型化比例減小,3條臨界流量線呈交匯趨勢(shì),對(duì)應(yīng)的兩相安全區(qū)流量變化范圍不斷縮小,且極限控溫溫度對(duì)應(yīng)的液面相對(duì)高度顯著降低,液面逼近毛細(xì)芯下界面;當(dāng)入口供液流量一定時(shí),隨著微型化比例減小,兩相安全區(qū)熱流密度變化范圍幾乎不變,且極限控溫溫度對(duì)應(yīng)的液面相對(duì)高度維持在毛細(xì)芯2/3高度處。研究結(jié)論為毛細(xì)芯微槽蒸發(fā)器的微型化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其工況參數(shù)選擇提供了理論參考。 

【文章來源】：低溫與超導(dǎo). 2020,48(11)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

毛細(xì)芯微槽蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖

為了獲得與微型化比例匹配的熱流密度載荷,現(xiàn)以入口供液流量3.6 mL/min為例,討論分析臨界熱流密度和液面相對(duì)高度隨微型化比例η的變化趨勢(shì),仿真結(jié)果如圖8所示。圖中,q為熱流密度,H為液面相對(duì)高度,η為微型化比例。由圖可知,當(dāng)供液流量一定時(shí),隨著微型化比例減小,低于80 ℃控溫目標(biāo)的汽-液兩相安全區(qū)的熱流密度變化范圍幾乎不變,而且由于采用相同流量供液,結(jié)構(gòu)尺寸越小的器件供液越充分,可以應(yīng)對(duì)的熱流密度載荷越高;而在超過80 ℃控溫目標(biāo)的汽-液兩相失效區(qū),其熱流密度變化范圍不斷增大,表明蒸發(fā)器發(fā)生“干燒”風(fēng)險(xiǎn)的幾率越低。另外,以出口汽相率為90%且控溫目標(biāo)為80 ℃的工況條件為例,預(yù)測(cè)得到不同微型化比例對(duì)應(yīng)的兩相換熱區(qū)液面均近似維持在毛細(xì)芯的2/3高度處。5 結(jié)論

為了驗(yàn)證修正模型在兩相換熱區(qū)溫度預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,在此采用與本文數(shù)學(xué)模型相近的文獻(xiàn)[9]結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。兩模型的熱流邊界條件相同,仿真內(nèi)容為預(yù)測(cè)計(jì)算單元模型兩相換熱區(qū)域b′-c-d-e-a′的邊界與入口工質(zhì)氨的溫差。其中,蒸發(fā)器蓋板底部邊界為e-d,蒸汽槽道底部為d-c。結(jié)果對(duì)比如圖3所示,圖中,x為距離,t-tin為溫差。整體來看,兩模型的溫差變化趨勢(shì)基本一致,尤其在蒸發(fā)器蓋板底部邊界(即毛細(xì)芯上側(cè)邊界),溫差變化值吻合度較高。但從蒸汽槽道底部到毛細(xì)芯區(qū)域的兩側(cè)邊界位置,溫差出現(xiàn)小幅度偏差,且隨著進(jìn)入毛細(xì)芯區(qū)域的深度增加,兩模型的邊界溫差預(yù)測(cè)值偏差幅度逐漸明顯。分析原因主要是本文的修正模型能夠近似獲得文獻(xiàn)[9]中相分離模型所無法獲得的氣-液交界面附近的兩相過渡區(qū)域,該區(qū)域使得整個(gè)兩相換熱區(qū)域的溫差變化幅度小于文獻(xiàn)[9]仿真值,且過渡得更加平緩。再者,毛細(xì)芯的有效導(dǎo)熱系數(shù)取值以及孔隙中毛細(xì)力的表征方法不同,也在一定程度上影響了毛細(xì)芯兩相換熱區(qū)域的流場和溫度場分布趨勢(shì)。另外,本文模型是在現(xiàn)有成熟的VOF模型基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)量方程修正而建立的,在模型求解方面相對(duì)更容易。需要指出的是,下文在研究以水為工質(zhì)的蒸發(fā)器液位變化問題時(shí),是將汽-液兩相過渡區(qū)汽相百分?jǐn)?shù)為0.5的等值面作為汽-液交界面來考慮的。綜上分析,本文的修正模型可以更準(zhǔn)確地針對(duì)常規(guī)模型中簡化忽略的兩相過渡區(qū)進(jìn)行可視化仿真,尤其在微型化設(shè)計(jì)過程中,能夠更合理地反映出實(shí)際運(yùn)行過程中兩相換熱區(qū)的流動(dòng)-傳熱特性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3490735