液膜波动强化冷凝传热的机理研究

发布时间：2023-05-12 23:13

　　冷凝传热作为高效的能量传输方式在海水淡化、制冷、电厂等工业领域有着广泛应用。液膜上形成的界面波动能够显著强化冷凝传热速率,因此建立合理准确的数理模型,研究波动强化冷凝传热的微观机理具有重要的理论和应用价值。构建了等温竖直壁面上二维层流冷凝波动降液膜流动数值模型,采用非正交坐标转换法捕捉汽液界面位置,将扰动以周期性变化并且平均值为零的虚拟体积力的形式添加在液膜流动方向,避免了扰动对液膜波动演化过程的影响。基于改进的SIMPLER算法编写结构化Fortran语言程序,求解波动液膜内不同位置处的液膜厚度、温度、速度和压力的瞬时值以及传热系数分布。通过定量分析液膜内的微观流动和传热现象,深入揭示波动强化传热机理。模拟结果显示:时均Nusselt数的计算值与实验值一致性较好,验证了数值模型的准确性;非正弦孤波内压力梯度决定了波动演化和孤波内的速度分布,非线性温度分布表明液膜内传热是导热和对流共同作用的;近壁面法向速度引起的对流作用影响壁面温度梯度,对波动冷凝液膜内传热起重要作用。根据数值方法绘制的中性稳定曲线,确定对应临界液膜Re数的扰动频率为16Hz,液膜对低于16Hz扰动的响应不足以形成波幅...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和课题意义
    1.2 波动降液膜流动研究现状
        1.2.1 界面稳定性理论研究
        1.2.2 流动和传热特性的实验研究
        1.2.3 流动和传热特性的数值研究
    1.3 本文研究内容及目的
2 模型构建与求解
    2.1 物理模型
    2.2 模型假设
    2.3 数学模型
        2.3.1 控制方程
        2.3.2 边界条件
        2.3.3 坐标转换
    2.4 控制方程离散
    2.5 求解方法与程序
        2.5.1 求解方法
        2.5.2 计算流程
        2.5.3 程序结构及功能
    2.6 本章小结
3 波动的动力学特性强化传热
    3.1 模型验证与网格无关性分析
    3.2 液膜厚度分布
    3.3 压力分布
    3.4 温度分布
    3.5 局部传热系数分布
    3.6 本章小结
4 扰动频率对流动及传热特性的影响
    4.1 中性稳定曲线
    4.2 扰动频率对波动特性的影响
        4.2.1 膜厚分布
        4.2.2 波长
        4.2.3 波速
        4.2.5 波频
    4.3 扰动频率对时均传热系数分布的影响
    4.4 波动强化传热机理分析
        4.4.1 波动界面面积
        4.4.2 减薄液膜
        4.4.3 法向速度引起的对流
    4.5 传热系数对比分析
    4.6 本章小结
5 结论和展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
附录 符号说明
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3814822