三相界面附近蒸发薄液膜区耦合传热的数值研究

发布时间：2017-07-29 01:25

  本文关键词：三相界面附近蒸发薄液膜区耦合传热的数值研究

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【摘要】：相变换热设备界面的边缘、固体底板上的液滴底层等三相界面附近的传热传质往往十分剧烈。蒸发薄液膜相变过程广泛存在于三相接触线附近,其热阻很小,具有高强度的蒸发换热特性。蒸发薄液膜区是连接吸附膜区和本征弯月面区的过渡区,多个物理场相互耦合,流动传热过程十分复杂。因此,研究蒸发薄液膜区耦合传热过程,有助于了解蒸发薄液膜区的传热传质特性和其对整体换热效果的贡献,提高相变换热设备的传热效果。本文基于扩展Young-Laplace方程和动力学理论,建立了蒸发薄液膜区、本征弯月面区以及气液界面上方的气相流动的耦合传热数学模型。弯月面上方的气相流动往往会对蒸发传热造成影响。本文从封闭空间和开放空间气相流动不同出发,分别研究了封闭微腔中蒸发薄液膜和空气中液滴蒸发薄液膜区的耦合传热。定量地研究了蒸发薄液膜气液界面的形状、蒸发质量流量、总换热量等重要参数的变化,分析了蒸发薄液膜区对总体换热效果的贡献。进一步分析了尺寸、过热度、润湿性等因素对蒸发薄液膜换热特性的影响。结论如下：(1)在蒸发薄液膜区内,气液界面温度变化剧烈,存在质量流量的峰值。(2)随着尺寸的减小,蒸发薄液膜区的温降占总温降的份额增大,蒸发薄液膜区对总传热量的贡献也增大。(3)随着过热度的升高,蒸发薄液膜区对总传热量的贡献减小。但当几何尺寸为微米量级时,过热度对薄液膜的影响不如尺寸变化明显。(4)润湿性越好,弯月面宏观接触角越小,蒸发薄液膜越长,薄液膜传热量占总传热量的份额越大。对于超疏水固体底板,液滴蒸发薄液膜区对总传热量的贡献可以忽略。(5)考虑水蒸气在空气中的扩散,液滴的蒸发强度小于封闭微腔。
【关键词】：蒸发薄液膜 弯月面 耦合传热 传热贡献 影响因素
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 符号表8-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 蒸发薄液膜区的划分12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.4 影响蒸发薄液膜传热性能的因素14-15
• 1.5 液滴蒸发的研究现状15-16
• 1.6 主要研究内容16-18
• 第2章 数值模拟18-26
• 2.1 理论模型18-23
• 2.1.1 蒸发薄液膜区的形状18-19
• 2.1.2 气液界面的质量输运19-20
• 2.1.3 水蒸气在空气中的扩散20-21
• 2.1.4 控制方程21-22
• 2.1.5 多相流模型的选取22-23
• 2.2 FLUENT软件简介23
• 2.3 模型求解23-25
• 2.3.1 几何模型23-24
• 2.3.2 网格划分24-25
• 2.3.3 求解步骤25
• 2.3.4 后处理25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 封闭空间中蒸发薄液膜区的耦合传热26-38
• 3.1 数值模型26-28
• 3.1.1 模型假设26-28
• 3.1.2 网格划分28
• 3.2 计算结果分析与讨论28-37
• 3.2.1 封闭微腔中薄液膜传热传质特性29-32
• 3.2.2 封闭微腔尺寸的影响32-34
• 3.2.3 过热度的影响34-35
• 3.2.4 润湿性的影响35-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 开放空间中蒸发薄液膜区的耦合传热38-51
• 4.1 数值模型38-40
• 4.1.1 模型假设38-39
• 4.1.2 网格划分39-40
• 4.2 计算结果分析与讨论40-50
• 4.2.1 液滴蒸发薄液膜传热传质特性40-43
• 4.2.2 液滴尺寸的影响43-46
• 4.2.3 过热度的影响46-48
• 4.2.4 润湿性的影响48-50
• 4.3 本章小结50-51
• 第5章 结论与展望51-53
• 5.1 主要内容及结论51
• 5.2 展望51-53
• 参考文献53-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果59-60
• 致谢60

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本文编号：586932