PDF《核态池沸腾中气泡生长和脱离的动力学特征 3 ——》

基金项目 :国家自然科学基金资助项目(59706007) 收稿日期 :1998 -

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29 修改定稿 :1999 -

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11 作者简介 :杨春信(1965 - ) ,男,教授 ,博士生导师 ,研究方向 :多相流 ,传热传质 ,空调制冷 ,通讯处 :100083 北京航空航天大学

505 教研室

1 文章编号 :1001 - 2060(1999)

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04 核态池沸腾中气泡生长和脱离的动力学特征

3 ― ― ― 气泡动力学研究回顾 (北京航空航天大学) 杨春信 吴玉庭 袁修干 (北京工业大学) 马重芳 【摘要】 系统地总结和分析了近半个世纪以来气泡动力 学的研究进展情况 ,指出了在气泡生长脱离研究中存在的不 足及今后的发展方向 ,以促进气泡动力学研究的深入发展.

关键词 :核态沸腾 ;

气泡 ;

脱离直径 ;

脱离频率 ;

综述 中图分类号 :TK124

1 引言 气泡动力学是近几十年以来逐步发展起来的一 个分支学科 ,它主要研究气泡生长和脱离的规律和 条件.研究气泡动力学 ,对于弄清液体核态沸腾换 热的机理具有重要意义.现有的核态池沸腾换热机 理模型都是从研究单个气泡的形成、 生长和脱离以 及伴随这一动力过程的瞬态换热现象着手的[1~6] , 而且这些机理模型均包含着表征气泡动力过程的主 要参数 :气泡的脱离直径和脱离频率.气泡动力学 经过几十年的发展 ,已经积累了不少实验数据 ,取得 了很多研究成果 ,但气泡脱离直径及脱离频率的预 测至今还没有取得令人满意的结果 ,从而限制了这 些沸腾换热机理模型的应用.因此 ,总结和概括几 十年以来气泡动力学的研究结果 ,指出存在的不足 和今后的发展方向 ,对进一步促进气泡动力学的发 展 ,具有重要的意义.

2 气泡的脱离直径 气泡在加热面上成长到一定大小后 ,在各种力 的作用下将从加热面上脱离进入液体中.由于气泡 脱离直径与沸腾换热的强度有着密切的关系 ,而且 气泡脱离直径又是沸腾换热机理模型的关键参数 , 因此气泡脱离直径的计算一直是气泡动力学研究的 一个主要问题.大部分研究者从分析气泡脱离时的 气泡受力建立所谓的气泡脱离判据来计算气泡脱离 直径 ,例如 ,Fritz 认为气泡与壁面脱离时作用在气泡 上的表面张力和浮升力相平衡 ,由此得到了著名的 Fritz 公式[7 ,8] : Db = 0.

0208 θ σ /〔g (ρ

1 - pv) 〕 (1) Fritz 公式与常压下的实验数据基本相符 ,但与 高压和低压下的实验数据不符.Cole 对低压条件下 气泡的生长和脱离进行了系列的实验研究和分 析[9~14] .Cole 发现 ,如果记 DF = σ /〔g (ρ

1 - ρ v) 〕 (这相当于取接触角 θ= 48° ) , 则Db = Db/ DF 是压 力的函数 ,Cole 根据水的实验数据得到[10] : Db = 1000/ P (2) 在以后的研究中 ,Cole 进一步将 Db 与Jakob 数 相关联以计入压力的影响 ,这里 Jakob 数定义为 Ja =ρ l CplΔT/ (ρ vΗfg) .Cole 根据自己的实验结果得 到[11] . Db = C1 Ja (3) 根据式 (3) 可以推论 :随着过热度的增大 ,气泡 脱离直径亦将增大 ,而已有的实验研究表明 ,沸腾换 热表面上气泡脱离直径的平均值并不随过热度变 化[15~17] .为解决这一矛盾 , Cole 又引入了变形的 Jakob 数Ja

3 =ρ l Cpl Ts/ (ρ vΗfg) ,并得到以下拟合关 系[12] : E 1/

2 o = C2 Ja

3 4/

5 (4) 这里 E0 数定义为 : Eo = g (ρ l - ρ v) D

2 b/σ= D

2 b 第14 卷(总第