喷雾冷却中重力对两相区换热性能影响的研究
发布时间：2021-02-16 21:29
为了解决航空航天领域中的大功率、高热流密度元件的散热问题,集散热能力强、工质用量少、热表面温度梯度较小及换热表面不存在接触热阻等多种优点于一身的喷雾冷却在众多冷却方法中脱颖而出,发展空间愈加增大。由于航空领域非常规重力条件的需求,所以有必要探究重力对喷雾冷却系统中的换热情况的影响。由于微重力条件下的实验较难实现,所以大多关于重力对喷雾冷却影响的研究还停留在模拟研究阶段,缺少可靠的实验结果,各研究所得结论也并未达成统一。本文将从此方面进行研究,通过模型分析与模拟和实验两种方式,以水为工质,分别对重力大小和喷雾系统相对重力方向变化的喷雾冷却效果展开研究分析。首先,从喷雾冷却过程的各个换热状态进行动力学分析,发现重力主要影响的传热过程是发生相变时的气泡传热过程;而后通过fluent软件进行模拟,分别对不同重力大小和方向时的单个气泡模型进行计算分析。研究结果表明:在只改变重力方向的条件下,当重力方向与表面法向夹角垂直时,气泡周围液体在气泡逃逸时会受到更大的切向作用力,产生更大的流动速度,从而增强了换热能力。当不改变重力的方向时,气泡的逃逸过程在一定程度上受到重力大小的影响,重力的减小会增大气泡...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 喷雾冷却研究概况
1.2.2 喷雾冷却的数值模拟研究
1.2.3 重力条件变化的喷雾冷却研究
1.3 本文的主要研究内容
2 喷雾冷却过程中的传热机理分析及其数学模型
2.1 常重力下喷雾冷却的传热机理分析
2.2 表面气泡成核的动力学特性分析
2.3 微重力条件对喷雾冷却过程的影响
2.3.1 重力变化对喷雾的影响
2.3.2 重力变化对液膜的影响
2.3.3 重力条件对气泡成核的影响
2.4 本章小结
3 喷雾冷却过程的数值模拟研究
3.1 模拟研究方法（CLSVOF方法）
3.1.1 Level-Set方法
3.1.2 VOF方法
3.1.3 CLSVOF方法
3.2 模型验证及网格无关性验证
3.3 重力方向变化对气泡脱离过程的影响
3.4 重力大小变化对喷雾过程的影响
3.4.1 气泡生长模型
3.4.2 气泡脱离模型
3.5 本章小结
4 实验系统与方法
4.1 实验系统及实验设备
4.1.1 实验系统
4.1.2 实验设备
4.2 实验方法
4.3 实验数据处理
4.3.1 连续喷雾的数据处理方法
4.3.2 间歇喷雾的数据处理方法
4.4 本章小结
5 喷雾系统相对重力方向变化的传热特性研究
5.1 连续喷雾冷却的传热特性的影响因素
5.1.1 不同喷雾压力下喷雾相对方向变化的影响
5.1.2 不同喷雾高度下喷雾相对方向变化的影响
5.1.3 不同换热面积下喷雾相对方向变化的影响
5.1.4 喷雾液滴大小不同时喷雾相对方向变化的影响
5.2 间歇喷雾冷却中喷雾相对方向变化对传热特性的影响
5.3 本章小结
结论
参考文献
附录 主要符号的说明
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]含有可变形界面的两相流和传递数值模拟[J]. 柳安军,陈杰,杨超,毛在砂. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2017(07)
[2]喷雾腔压力及喷嘴孔径对相变喷雾冷却性能的影响[J]. 刘炅辉,孙皖,刘秀芳,侯予. 强激光与粒子束. 2013(10)
[3]喷雾冷却高热流密度散热传热特性研究[J]. 马腾跃,程文龙,刘期聂. 科技导报. 2012(21)
[4]重力条件对喷雾冷却换热特性影响的研究[J]. 程文龙,韩丰云,赵锐,马然,范含林. 宇航学报. 2011(10)
[5]流量、换热表面方向对光滑表面喷雾冷却的影响[J]. 陈东芳,唐大伟,胡学功. 工程热物理学报. 2010(07)
[6]封闭式喷雾冷却传热特性的实验与理论研究[J]. 程文龙,赵锐,韩丰云,刘期聂,范含林. 宇航学报. 2010(06)
[7]喷雾冷却发热壁面温度非均匀性实验研究[J]. 程文龙,刘期聂,赵锐,范含林. 热科学与技术. 2008(04)
[8]毛细微槽结构表面的喷雾冷却可视化研究[J]. 陈东芳,谢宁宁,胡学功,唐大伟. 工程热物理学报. 2008(09)
[9]热控制技术的新进展[J]. 顾林卫. 舰船电子对抗. 2007(04)
[10]喷雾冷却中液滴冲击壁面的流动和换热[J]. 高珊,曲伟,姚伟. 工程热物理学报. 2007(S1)
博士论文
[1]喷雾冷却传热机理及空间换热地面模拟研究[D]. 赵锐.中国科学技术大学 2009
硕士论文
[1]基于CLSVOF模型的气泡动力学特性研究[D]. 王茜茜.中南大学 2014
本文编号：3036957
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 喷雾冷却研究概况
1.2.2 喷雾冷却的数值模拟研究
1.2.3 重力条件变化的喷雾冷却研究
1.3 本文的主要研究内容
2 喷雾冷却过程中的传热机理分析及其数学模型
2.1 常重力下喷雾冷却的传热机理分析
2.2 表面气泡成核的动力学特性分析
2.3 微重力条件对喷雾冷却过程的影响
2.3.1 重力变化对喷雾的影响
2.3.2 重力变化对液膜的影响
2.3.3 重力条件对气泡成核的影响
2.4 本章小结
3 喷雾冷却过程的数值模拟研究
3.1 模拟研究方法（CLSVOF方法）
3.1.1 Level-Set方法
3.1.2 VOF方法
3.1.3 CLSVOF方法
3.2 模型验证及网格无关性验证
3.3 重力方向变化对气泡脱离过程的影响
3.4 重力大小变化对喷雾过程的影响
3.4.1 气泡生长模型
3.4.2 气泡脱离模型
3.5 本章小结
4 实验系统与方法
4.1 实验系统及实验设备
4.1.1 实验系统
4.1.2 实验设备
4.2 实验方法
4.3 实验数据处理
4.3.1 连续喷雾的数据处理方法
4.3.2 间歇喷雾的数据处理方法
4.4 本章小结
5 喷雾系统相对重力方向变化的传热特性研究
5.1 连续喷雾冷却的传热特性的影响因素
5.1.1 不同喷雾压力下喷雾相对方向变化的影响
5.1.2 不同喷雾高度下喷雾相对方向变化的影响
5.1.3 不同换热面积下喷雾相对方向变化的影响
5.1.4 喷雾液滴大小不同时喷雾相对方向变化的影响
5.2 间歇喷雾冷却中喷雾相对方向变化对传热特性的影响
5.3 本章小结
结论
参考文献
附录 主要符号的说明
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]含有可变形界面的两相流和传递数值模拟[J]. 柳安军,陈杰,杨超,毛在砂. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2017(07)
[2]喷雾腔压力及喷嘴孔径对相变喷雾冷却性能的影响[J]. 刘炅辉,孙皖,刘秀芳,侯予. 强激光与粒子束. 2013(10)
[3]喷雾冷却高热流密度散热传热特性研究[J]. 马腾跃,程文龙,刘期聂. 科技导报. 2012(21)
[4]重力条件对喷雾冷却换热特性影响的研究[J]. 程文龙,韩丰云,赵锐,马然,范含林. 宇航学报. 2011(10)
[5]流量、换热表面方向对光滑表面喷雾冷却的影响[J]. 陈东芳,唐大伟,胡学功. 工程热物理学报. 2010(07)
[6]封闭式喷雾冷却传热特性的实验与理论研究[J]. 程文龙,赵锐,韩丰云,刘期聂,范含林. 宇航学报. 2010(06)
[7]喷雾冷却发热壁面温度非均匀性实验研究[J]. 程文龙,刘期聂,赵锐,范含林. 热科学与技术. 2008(04)
[8]毛细微槽结构表面的喷雾冷却可视化研究[J]. 陈东芳,谢宁宁,胡学功,唐大伟. 工程热物理学报. 2008(09)
[9]热控制技术的新进展[J]. 顾林卫. 舰船电子对抗. 2007(04)
[10]喷雾冷却中液滴冲击壁面的流动和换热[J]. 高珊,曲伟,姚伟. 工程热物理学报. 2007(S1)
博士论文
[1]喷雾冷却传热机理及空间换热地面模拟研究[D]. 赵锐.中国科学技术大学 2009
硕士论文
[1]基于CLSVOF模型的气泡动力学特性研究[D]. 王茜茜.中南大学 2014
本文编号：3036957
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3036957.html
