PDF《池沸腾传热的数学分析 ！》

池沸腾传热的数学分析! 肖波齐!) 王宗篪!) 蒋国平#) 陈玲霞!) 魏茂金!) 饶连周!) !) (三明学院物理与机电工程系, 三明 $%&

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() #) (广州大学工程抗震中心, 广州 &

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) 年)月!! 日收到修改稿) 在统计方法的基础上, 对于池沸腾换热的传热机理提出了一个数学模型* 在没有增加新的经验常数的条件 下, 从该模型中可得到池沸腾热流密度是壁面过热度、 活化穴最小与最大尺寸、 流体的接触角与流体物理特性的函 数* 该模型可以较好地解释润湿性如何影响沸腾热流密度* 对不同的接触角, 模型预测的结果与实验相符合* 关键词:池沸腾,传热,数学模型 !三明学院科学研究发展基金 (批准号: -'

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/) 和福建省教育厅科技项目 (批准号: 01'

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) 资助的课题 * 234567:8659:9;

6#94 != 引言沸腾是通过大量气泡的形成、 成长和运动将工 质由液态转换到气态的一种剧烈蒸发过程* 池沸腾 换热在工业领域有很重要的应用价值, 它关系到如 何最大限度地挖掘相变换热器的工作潜力, 以期达 到节约能源的目的* 因此, 在过去的几十年里, 各国 学者对池沸腾换热的研究很多* 对池沸腾换热现象 的模型研究, 不仅对揭示沸腾换热的运动规律有科 学意义, 而且对锅炉、 蒸发器等换热设备的设计具有 重要的指导价值* 因此, 国内外许多学者作了大量 的沸腾换热实验, 提出了各种池沸腾换热机理模 型[!―&

] * 但是, 由于实验与各种假设的限制, 这些模 型都有各自的缺陷, 因此综合理论仍然缺乏, 比较完 善的机理模型还未建立* 造成这一现象的原因之 一, 是换热表面活化核心密度对沸腾换热有重要影 响, 而迄今还没有令人满意的理论和方法来描述活 化核心密度分布* 为此, 本文用统计方法来描述活 化核心密度分布, 对池沸腾换热进行数学分析, 以期 得到一个比较自洽的沸腾换热机理模型* #= 池沸腾换热的数学模型 到目前为止, 已提出的池沸腾换热研究模型很 多, 但这些模型都有各自的缺陷, 部分研究结果由于 实验与各种假设的限制应用范围较小, 经验常数较 多, 部分研究结果与实验数据相比有一定的差距* 本模型的基本思路是: 根据活化核心密度分布 !5 与活化穴半径 >

的函数关系及气泡的脱离直径 #: 和脱离频率 $ 与活化穴半径 >

的函数关系, 用 数学方法处理得到池沸腾热流密度 %?9? * 本模型是 在前人模型的基础上进行改进后得到的, 改进后的 模型实际操作比较简单, 物理意义明确, 包含较少的 经验常数, 可以解释相关的物理现象, 如壁面过热 度、 流体的接触角等对池沸腾热流密度的影响, 模型 预测的结果与实验数据符合较好* 下面我们对池沸 腾传热进行数学分析* 活化核心密度分布对池沸腾热流密度的影响非 常大, 气泡在活化核心处产生, 气泡引起的热流密度 在核态池沸腾中占主导地位* @5AB 等[$] 对活化核 心密度进行了系统研究, 他们在一个大气压下的铜 表面用饱和水做池沸腾实验, 对接触角 !)C ! D'

C 范围, 提出了活化核心密度随接触角的变化, 得到了 如下经验关联式: !5 E &