PDF《用饱和核态池沸腾换热机理模型预测加热 壁面活化核心密度》

收稿日期: 1998- 07- 28;

收订日期: 1998- 10-

25 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(59706007) 作者简介: 吴玉庭(1970- ) , 男, 博士研究生, 主要从事空调制冷、 热能动力、 多相流传热等方面的研究

1 通讯处:

100083 北京航空航天大学

505 教研室人机环境工程研究所 文章编号: 1001- 2060(1999) 05- 0337-

03 用饱和核态池沸腾换热机理模型预测加热 壁面活化核心密度 (北京航空航天大学) 吴玉庭 杨春信 袁修干 (北京工业大学) 马重芳 摘要: 活化核心密度是核沸腾过程的重要参数, 但其描述 方法至今尚未统一.

为了避免活化核心密度直接测量的困 难, 提出根据核沸腾换热机理模型预测沸腾表面的活化核心 密度, 预测得到的六种表面的活化核心尺度分布曲线与表面 活化核心的分形分布相一致, 证明了表面活化核心尺度分布 具有分形特征这一结论具有普遍意义. 关键词: 池沸腾;

活化核心;

尺度分布密度;

传热模型;

分形 中图分类号: TK124 符号表A-加热壁面的总面积,m

2 ;

qbc - 冷液体与表面的接触 Cp l - 液体的比热, 换热热流密度,W m

2 ;

J (kg ℃);

qme - 微液层的蒸发换热热 D d - 气泡的脱离直径,m;

流密度,W m

2 ;

hfg - 液体的蒸发潜热, J kg;

R d - 气泡的脱离半径,m;

K - 脱离气泡影响面积系数;

R p - 表面的平均粗糙度;

kl - 液体的导热系数,W (m ℃);

tg - 气泡的生长时间, s;

J a - 雅可比准则数;

tw - 气泡的等待时间, s;

n - 活化核心密度, site m

2 ;

TW , TL - 液体和固体的温 n3 - 无量纲活化核心密度;

度, K;

r - 最小可活化核心半径,m;

T sat - 饱和温度, K;

r3 - 无量纲最小可活 ?T - 加热表面的过热度, K;

化核心半径;

Λl - 液体的粘性系数, q - 加热表面的热流密度, w m

2 ;

kg (m s);

qnc - 自然对流换热热流 Ρ - 液体的表面张力,N m;

密度,w m

2 ;

Θ l, Θ v - 液体和气体的密度, kg m

3 ;

Β- 液体的体积膨胀系 数,

1 K;

1 引言 核态池沸腾换热在工业领域有很重要的应用价 值, 从50~

70 年代, 核态沸腾换热引起了学术界极 大的兴趣[1,

2 ] . 许多学者作了大量实验, 提出了各种 各样的换热机理模型, 但这些模型均包含加热壁面 上的活化核心密度这一关键参数, 而加热表面的特 性至今尚未有统一说法, 加热表面活化核心密度的 测量又非常困难, 因而限制了这些模型的实际应用. 在 过去的几十年中, 许多学者对池沸腾表面的 活化核心密度进行了大量研究. 许多学者曾试图用 表面粗糙度来描述活化核心密度, 但后来的实践证 明, 用单一的粗糙度参数无法精确描述加热表面的 活化核心密度这一参数. Griffith 和W allis[3 ] 通过分析过热液体中气泡 核心的热平衡, 得到了在给定的过热度下, 加热壁面 上凹坑能够被活化的最小临界口部半径为: r = 2ΡT s (hfgΘ v?T ) (1) 上式的可靠性已被许多实验 (这些实验涉及不 同表面、 不同液体以及不同表面状况) 所证实. 对于 特定沸腾表面, Griffith 和W allis[3 ] 发现不同液体、 不同压力条件下沸腾的表面活化核心密度 n 与最小 可活化核心半径 r 可用同一条曲线表示. Skoukri[4 ] 和W ang[5 ] 等通过实验证实了这个结论, 并进一步 发现: n = C s r - b (2) 式(2) 中的C s 和b随表面的不同而不同. 上式现已得 到了广泛承认, 但由于 C s 和b的变化规律尚未研究 清楚, 因此上式的通用性受到了限制. 如令 n