重力特性对由温差和浓差引起的气相生成过程的影响

发布时间：2017-11-22 20:14

  本文关键词：重力特性对由温差和浓差引起的气相生成过程的影响

  更多相关文章： 气泡动力学 池沸腾 光生物制氢 数值模拟

【摘要】：微重力传热传质因为空间科学的发展,成为近年来的研究热点和前沿。在池沸腾过程中,汽泡行为复杂,它涉及了汽泡在加热壁面上核化、汽泡的生长、汽泡的脱落以及相间传热传质等过程。光生物制氢的氢气泡产生过程,涉及到很复杂的光生化反应,很少有学者对此过程中的气相产生具体过程进行研究,研究中往往忽略了氢气泡的产生,都是假设氢气以组分的形式溶解在溶液中。本文采用VOF方法对不同重力加速度条件下池沸腾和氢气泡生长过程进行了数值模拟,通过建立池沸腾中汽泡核化及生长过程中质量与能量传递模型以及固定化细胞光生物制氢过程中氢气泡的生长模型,对汽泡(氢气泡)生长过程中几何形态变化过程及温度场(浓度场)和流场特性进行了数值模拟和分析。在重力对池沸腾过程的影响的研究中发现,微重力条件下汽泡周围的流场和温度场的分布以及Z方向和Y方向的速度分布与常重力情况下有显著的差异,Marangoni效应会引起汽液界面附近产生涡流。在微重力作用下的汽泡不是直接脱离加热壁面,而是在加热壁面上无规则地窜动,同时微重力还促进了汽液界面上的传热。研究还表明,重力加速度越小,由表面张力引起的Marangoni对流越显著。在微重力作用下,汽泡直径的变化比较复杂,并与重力加速度的大小有关。在微重力条件下,微重力加速度越小,汽泡的直径越大;当重力加速度小到一定的值(0.00005g),汽泡的直径与常重力条件下几乎相同(稍比常重力大一点)。研究还表明,在微重力下的池沸腾过程中,随着系统压力的增加,汽泡的直径减小;随着主流过冷度的增加,汽泡的直径减小。随着系统压力的增加,壁面的换热系数降低,且波动的幅度减小。随着主流过冷度的增加,壁面的换热系数降低,且波动的幅度也减小。在重力对光生物制氢过程中氢气泡生长过程影响的研究表明,用Fluent来获取基质通过固定化细胞光生物制氢过程中氢组份初始浓度场是可行的。在常重力作用下,氢气泡不断长大过程中氢气泡的位置在沿着水平方向和竖直方向上都发生了较大的变化。在微重力作用时,氢气泡的位置在水平方向上发生了一定的变化,而在竖直方向的变化不明显。研究还发现,重力对多孔颗粒和通道中的氢组分、氢气泡周围和主流溶液的速度场都有很大的影响,而且随着重力的减小,氢气泡界面上的质量源项越来越均匀。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124

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本文编号：1215907