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沸腾与冷凝传热的数值模型

2014-11-11

提出了基于格子Boltzmann方法的Gong-Cheng汽液相变模型。作为一种汽液相变直接数值模拟方法,该模型不需要采用经验公式和众多的简化假设,能够模拟包括汽泡成核、生长及脱离过程在内的整个汽液相变过程。利用该模型,研究了亲疏水性、粗糙度等对沸腾传热的影响,首次通过数值模拟得到了从自然对流区域直至稳定模态沸腾区域的整个沸腾曲线,并研究了亲疏水混合表面对沸腾传热的强化作用。

同时,利用该模型研究了膜状冷凝和滴状冷凝过程。首先通过与经典的Nusselt膜状冷凝理论解进行对比,验证了Gong-Cheng模型应用于相变问题的适用性和正确性。然后利用该模型详细研究了滴状冷凝过程中液滴形成、长大、变形和脱离的动态过程,分析了该过程中速度场和温度场的耦合变化。

该模型还被用于研究复杂wick结构上液膜的蒸发以及液体在毛细作用下的补充过程。首先对kinetic theory的蒸发理论进行了数值验证,然后在不同的润湿性结构表面上模拟液膜在不同热流密度下的蒸发和沸腾现象。发现表面的亲水性越强,wick结构中蒸发过程越容易产生汽泡,并且越不容易被蒸干。

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