[发明专利]一种核态沸腾微液层模型数值计算方法

说明书

本发明公开了一种核态沸腾微液层模型数值计算方法，在核态沸腾条件下，通过采用微液层模型对单气泡在水平壁面的生长与脱离过程进行数值模拟计算，包括(一)核态沸腾过程中微液层内传热传质量的计算；(二)微液层模型在数值模拟计算中的变化和适用范围。该方法在计算核态沸腾条件下的气泡生长过程时，在气泡与壁面接触面上引入微液层模型，研究单气泡在核态沸腾条件下生长过程中的等效直径，壁面温度分布，以及气泡形态的变化，使模型能够对气泡生长脱离过程进行更为准确的计算。该方法的求解结果能够作为详细研究核态沸腾条件下，单气泡生长过程中，气泡生长周期，形态变化以及壁面温度分布情况的参照。

技术领域

本发明涉及传热传质技术领域，具体涉及一种核态沸腾微液层模型数值计算方法，特别涉及核态沸腾条件下，对气泡生长脱离过程的气泡形态，等效直径和壁面温度分布的数值模拟计算方法。

背景技术

由于沸腾换热能够利用汽化潜热，在小温差下有着很强的换热能力，在工业生产中有着广泛的应用。在核反应堆中，以核态沸腾作为棒束与冷却水换热的最佳换热形式，能够保证良好的换热效果，从而保障设备的安全稳定运行。虽然目前对于工程应用，已经建立起了核态沸腾的相关经验公式和一般判别条件。但是由于核态沸腾气泡产生速度快，发成尺度小，在很长的一段时间中，缺乏对核态沸腾机理性的研究。

目前，随着实验手段的发展，高速相机和红外热像仪的应用，极大的提高了图像和温度测量的时间分辨率和空间分辨率。实验结果发现了在不同的生长阶段气泡的形态变化和底部加热壁面的温度分布的新现象。因此，原有的核态沸腾理论模型已经不能够适用，需要根据新现象建立更加完善的核态沸腾传热传质模型。

发明内容

为了克服现有核态沸腾模型对气泡生长周期，形态和壁面温度求解不准确的技术问题，本发明提供了一种核态沸腾微液层模型数值计算方法，该方法根据目前最新的实验进展，结合微液层理论，使其计算结果更为准确的计算模型。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种核态沸腾微液层模型数值计算方法，在核态沸腾条件下，通过在气泡与壁面接触面上引入微液层模型，所述计算方法包括下列步骤：

S1、计算微液层初始厚度，公式如下：

式中：为在不同位置微液层的初始厚度，r为以气泡中心为原点的半径长度(m)，C为变化率；

S2、计算微液层传热量，公式如下：

式中：q_ml为通过微液层，加热壁面向气泡内的热流密度，T_sat为饱和温度，T_w为加热壁面温度，R_i为由加热壁面到气泡内部的等效热阻；

S3、计算微液层传质量，公式如下：

式中：为单位面积下微液层内汽液转换率，L为汽化潜热；

S4、计算微液层厚度变化，公式如下：

式中：δ_ml为在不同位置微液层的厚度，ρ_l为液体密度。

进一步地，所述微液层只存在于气泡与加热壁面之间，在气泡外部不存在微液层，对应的公式如下：

式中：r为以气泡中心为原点的半径长度，t为时间，为同时刻气泡与壁面接触半径长度。

进一步地，当气泡内微液层的变化降低至0时，便不会发成传热传质过程，并且所述微液层也始终保持为0不变，即干性区域。