平板式多孔芯冷凝器内工质流动和相变换热的EOF方法.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 2004年学术会议 编号：043192 平板式多孔芯冷凝器内工质流动与相变 换热的EOF方法1 邓芳芳 刘伟 彭仕文 杨金国 华中科技大学能源与动力工程学院．武汉，430074 Tel：027maih redchilddff@163．corn 摘要：多孔芯冷凝器是为了解决毛细泵回路(CPL)系统中的压力波动问题而产生的，冷凝嚣内汽液相 变界面的位置及翼影_响因素是研究的重点，本文采用一种新的方法一流体能量(EOF)法，来研究平 板式多孔芯冷凝器内王压逮动与相变换热特性，对其进行了理论建模与数值计算，得出r蒸汽冷凝时 所形成的汽液相变界面位置，并与现有的实验结果进行了对比，最后定性地讨论了影响界面形成的几 个主要因素。 关键词：多孔芩·冷凝，相变换热·汽液界面·8暇 X x 1引言 多孔芯冷凝器是为了解决毛细泵回路(CPL)系统中的压力波动问题而产生的．1991 年首次提出在冷凝器内加入毛细多孔芯的方法，来缓解系统的压力波动…。在冷凝器内 加入多孔芯，有助于蒸汽在冷凝时形成稳定的汽液相变界面，从而减少甚至消除系统在 启动和运行中产生的压力波动：另外，蒸汽在多孔芯表面凝结，部分凝结积液迅速沿孔 隙被导走．液膜变薄甚至受到破坏。液膜的热阻减小，凝结换热系数提高，从而加速了 蒸汽的冷凝过程。因此，冷凝器内的多孔芯结构起NT压力缓冲与强化传热的双重作用。 冷凝槽道内蒸汽与液相之间存在着动态的热、质以及动量传输关系，汽液相变界面 随着外部条件的变化在槽道内推移，甚至有可能深入到多孔芯内部，因此这是一个复杂 的相变换热问题，多孔芯的加入更增加了问题的难度。传统的方法采用两套方程分别对 汽相和液相进行数值求解，但是由于相变界面上密度、压力、速度等流体热物性参数及 流动特性参数发生突变，界面条件难以给定，导致程序发散。 过去二十年来，在对两相流动系统进行直接模拟的过程中发展了一些新的方法，如 两流体模型法”1。分区函数法”1，流体体积(VOF)法“1等。流体能量(EOF)法”1是最近 发展起来的一种模拟两相流动与换热的新方法，该方法借鉴了VOF法的思想，通过加入 一个新的连续性方程，与原有的控制方程联立，利用SIMPLE算法进行求解，可以模拟 出汽液相变边界，并计算出整个区域的物理量场。EOF方法解决了界面上参数突变的问 题，能够较好地求解伴随有潜热交换的两相流动换热问题。本文将详细介绍EOF方法t 井将其引入到平板式多孔芯冷凝器的相变换热问题中，对该物理模型建立控制方程并进 行数值求解，得出汽液相变界面的理论计算结果，最后对结果进行定性分析。 2问题描述 F图a为平板式多孔芯冷凝器的横切面示意图，上部空间为纵向冷凝槽道，前端有 集汽腔用于将蒸汽收集并均匀分配到各个槽道，槽道下部为多孔芯，其下为冷凝液聚集 国家重点基础研究发展规划(No．G2000026303)资助项目． 293 的空间，冷凝后的液体由此处从液体联管流回蒸发器中；幽b为沿纵向选取的冷凝器的 计算单元。来自蒸发器的工质蒸汽进入冷凝器的槽道空间，受外部冷负荷的影响，在冷 凝器冷却壁面上由槽道入口处逐步冷凝形成层流液膜。冷凝后的液体工质通过多孔芯层 积于冷凝器的液体槽道中．而后流回到蒸发器。冷凝槽道下部为多孔芯结构，冷凝主要 发生在槽道上壁面与多孔芯表面，并在多孔芯表面形成稳定的相变界砸。冷凝器内汽液 界面的位置影响着液体联管中的压力波动，是整个CPL系统压力波动源之一：同时， 由于槽道上部直接与储液器相连，可以通过调节槽道内汽液界面的位置来调节有效冷凝 面积，从而控制冷凝量的大小，因此．研究汽液界面的位景及其影响因素是研究的重点。 在冷凝负荷以及蒸汽入口速度的影响下，汽液界面的位置将在冷凝槽道内发生变化，甚 至有可能深入到多孔芯的内部，有必要把槽道和多孔芯作为整体来分析，但对槽道区和 多孔区分别采用不同的控伟《方程。 (a)平板式多孔芯冷凝器