毛细芯微槽蒸发器微型化过程的极限工况预测

发布时间：2021-11-12 10:32

　　在汽-液两相混合模型基础上,对汽-液交界面附近两相过渡区的毛细力进行表征,建立了毛细芯微槽蒸发器的三维稳态轴对称单元模型。同时,以界面热流密度和入口供液流量作为变工况参数,划分得到4种典型工况区间,并预测分析了蒸发器微型化过程的流动-传热极限特性。结果表明,当热流密度一定时,随着微型化比例减小,3条临界流量线呈交汇趋势,对应的两相安全区流量变化范围不断缩小,且极限控温温度对应的液面相对高度显著降低,液面逼近毛细芯下界面;当入口供液流量一定时,随着微型化比例减小,两相安全区热流密度变化范围几乎不变,且极限控温温度对应的液面相对高度维持在毛细芯2/3高度处。研究结论为毛细芯微槽蒸发器的微型化结构设计及其工况参数选择提供了理论参考。 

【文章来源】：低温与超导. 2020,48(11)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

毛细芯微槽蒸发器的结构示意图

为了获得与微型化比例匹配的热流密度载荷,现以入口供液流量3.6 mL/min为例,讨论分析临界热流密度和液面相对高度随微型化比例η的变化趋势,仿真结果如图8所示。图中,q为热流密度,H为液面相对高度,η为微型化比例。由图可知,当供液流量一定时,随着微型化比例减小,低于80 ℃控温目标的汽-液两相安全区的热流密度变化范围几乎不变,而且由于采用相同流量供液,结构尺寸越小的器件供液越充分,可以应对的热流密度载荷越高;而在超过80 ℃控温目标的汽-液两相失效区,其热流密度变化范围不断增大,表明蒸发器发生“干烧”风险的几率越低。另外,以出口汽相率为90%且控温目标为80 ℃的工况条件为例,预测得到不同微型化比例对应的两相换热区液面均近似维持在毛细芯的2/3高度处。5 结论

为了验证修正模型在两相换热区温度预测的准确性,在此采用与本文数学模型相近的文献[9]结果进行对比。两模型的热流边界条件相同,仿真内容为预测计算单元模型两相换热区域b′-c-d-e-a′的边界与入口工质氨的温差。其中,蒸发器盖板底部边界为e-d,蒸汽槽道底部为d-c。结果对比如图3所示,图中,x为距离,t-tin为温差。整体来看,两模型的温差变化趋势基本一致,尤其在蒸发器盖板底部边界(即毛细芯上侧边界),温差变化值吻合度较高。但从蒸汽槽道底部到毛细芯区域的两侧边界位置,温差出现小幅度偏差,且随着进入毛细芯区域的深度增加,两模型的边界温差预测值偏差幅度逐渐明显。分析原因主要是本文的修正模型能够近似获得文献[9]中相分离模型所无法获得的气-液交界面附近的两相过渡区域,该区域使得整个两相换热区域的温差变化幅度小于文献[9]仿真值,且过渡得更加平缓。再者,毛细芯的有效导热系数取值以及孔隙中毛细力的表征方法不同,也在一定程度上影响了毛细芯两相换热区域的流场和温度场分布趋势。另外,本文模型是在现有成熟的VOF模型基础上进行动量方程修正而建立的,在模型求解方面相对更容易。需要指出的是,下文在研究以水为工质的蒸发器液位变化问题时,是将汽-液两相过渡区汽相百分数为0.5的等值面作为汽-液交界面来考虑的。综上分析,本文的修正模型可以更准确地针对常规模型中简化忽略的两相过渡区进行可视化仿真,尤其在微型化设计过程中,能够更合理地反映出实际运行过程中两相换热区的流动-传热特性。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3490735