毛细管内蒸发界面的传热传质特性

论文摘要

为了研究毛细管内蒸发界面的传热传质特性,建立了毛细管内热毛细对流的物理模型和数学模型,使用FLUENT软件对多种工况下的热毛细对流进行了数值模拟,得到了毛细管内的温度场和速度场,分析了毛细管管径、弯月面上热流密度大小及其分布、浮力等对热毛细对流的影响,并弄清了三维稳态和振荡热毛细对流的基本特性以及流动振荡的机理。研究表明,毛细管弯月面上的蒸发是非均匀的,蒸发热流密度沿径向递增,使得毛细管弯月面上产生温度梯度,从而诱导出热毛细对流。在给定弯月面上热流密度大小及分布时,毛细管内流动强度随管径的增大而加强。在给定毛细管半径和弯月面平均蒸发热流密度时,弯月面上热流密度沿径向增大越快,得到的弯月面上最低温度越低,且最低温度点向壁面移动。当毛细管竖直放置时,在半径r0=（0.1～1）mm范围内,浮力对毛细管内流型影响较小,热毛细对流占主导地位;当毛细管水平放置时,如果r0≤0.5mm,则浮力对毛细管内流型影响较小,如果r0 > 0.5mm,则毛细管内温度场及流场出现不对称性,且不对称性随半径的增大而加强。随弯月面上热流密度增大,弯月面上最低温度降低,热毛细对流加强。当热流密度增大到某一临界值时,毛细管内流动由定常轴对称状态向定常非轴对称状态过渡;继续增大热流密度超过另一临界值时,流动由定常非轴对称状态向振荡流过渡。分析认为,由于速度场与温度场相互耦合作用,弯月面上的流动与毛细管内的回流形成时间延迟,从而激发起流动振荡。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 热毛细对流概述
• 1.2.2 毛细管内蒸发过程的理论研究现状
• 1.2.3 毛细管内蒸发界面的实验研究现状
• 1.3 本课题的研究目的和研究内容
• 2 物理模型及数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 物理模型及相关假设
• 2.3 数学模型及其简化
• 2.3.1 控制方程的描述
• 2.3.2 边界条件
• 2.4 控制方程组和边界条件的无量纲化
• 2.4.1 控制方程组的无量纲化
• 2.4.2 边界条件的无量纲化
• 2.5 弯月面形状的计算
• 2.6 Fluent 建模
• 2.6.1 模型建立及网格划分
• 2.6.2 模型正确性检验
• 2.6.3 计算模型
• 3 计算结果与分析
• 3.1 毛细管管径的影响
• 3.2 弯月面上热流密度分布的影响
• 3.3 弯月面上平均热流密度大小的影响
• 3.4 浮力的影响
• 3.5 振荡三维流动
• 3.5.1 振荡三维流动的振荡过程
• 3.5.2 毛细管内热毛细对流的振荡机理
• 4 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文