基于 VOF模型对重力热管内部沸腾冷凝过程的仿真模拟
基于LB方法的管内流动沸腾传热模拟
基于LB方法的管内流动沸腾传热模拟孙挺臻;刘倩;桂南;杨星团;屠基元;孔海志;姜胜耀【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2018(052)005【摘要】为研究竖直管内流动沸腾的传热情况及气泡行为学,采用格子玻尔兹曼(LB)方法,利用改进后的伪势模型和热模型分别模拟流动和传热过程.为验证模型的合理性,对模拟结果与经验关系式进行了定量对比.之后对气泡行为对沸腾传热系数的影响进行了研究,结果表明,随着气泡的核化、生长、滑移和脱离,传热系数呈现周期性波动.最后考察了重力加速度对气泡行为和沸腾传热的影响,重力越大,气泡生长周期越短,沸腾传热系数越大.【总页数】6页(P776-781)【作者】孙挺臻;刘倩;桂南;杨星团;屠基元;孔海志;姜胜耀【作者单位】清华大学核能与新能源技术研究院,先进核能技术协同创新中心,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,先进核能技术协同创新中心,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,先进核能技术协同创新中心,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,先进核能技术协同创新中心,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,先进核能技术协同创新中心,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084;墨尔本皇家理工大学,澳大利亚维多利亚 3083;中广核研究院有限公司,广东深圳518026;清华大学核能与新能源技术研究院,先进核能技术协同创新中心,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TL329【相关文献】1.基于CFD的中浓纸浆悬浮液在变径管内流动的数值模拟 [J], 陈奇峰;陈克复;杨仁党;李军2.基于LB方法平板流立方定律的数值模拟研究 [J], 朱益腾3.黏弹性流体在圆管内流动的谱方法模拟计算 [J], 宋道云;刘洪来;方波;江体乾;朱林;杨殿民4.基于LB方法的组合瓦斯抽放渗流模拟 [J], 陈彦好;肖建成;龚振照;于骞;马莲5.烧结型多孔管管内流动沸腾传热数值模拟 [J], 韩坤;刘阿龙;彭东辉;孙定芳;王经因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于非平衡热力学模型的管内沸腾过程模拟
第 ３ ２ 卷第 ３ 期
基于非平衡热力学模型的管内沸腾过程模拟
２ ３ ，聂永广１， ，王江云１，雷晓东４，王 娟１，毛 羽１ 冯留海１， （ 中国石油大学 重质油国家重点实验室 ，北京 １ 北京低碳清洁能源研究所 ，北京 １ １． ０ ２ ２ ４ ９； ２． ０ ２ ２ ０ ９； ） 新奥科技发展有限公司 ，河北 廊坊 ０ 中机康元粮油装备 （ 北京 ） 有限公司 ，北京 １ ３． ６ ５ ０ ０ １； ４． ０ ０ ０ ８ ３
１２ １３ １ ４ １ １ ， ，ＭＡＯ Ｌ Ｆ Ｅ ＮＧ Ｌ ｉ ｕ ｈ ａ ｉ Ｉ Ｅ Ｙ ｏ ｎ ｕ ａ ｎ Ｊ ｉ ａ ｎ ｕ ｎ Ｅ Ｉ Ｘ ｉ ａ ｏ ｄ ｏ ｎ Ｊ ｕ ａ ｎ Ｙ ｕ ，Ｎ ｇ ｇ ｇ ，ＷＡＮＧ ｇ ｙ ｇ ，ＷＡＮＧ ， ，
（ １ Ｓ Ｋ Ｌ ｏ Ｈ Ｏ Ｐ Ｃ Ｕ ｏ Ｐ Ｂ Ｃ ． ｔ ａ ｔ ｅ ｅ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｖ ｉ ｌ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｈ ｉ ｎ ａ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ， ｅ ｉ ｉ ｎ ０ ２ ２ ４ ９， ｈ ｉ ｎ ａ； ｆ ｆ ｙ ｙ ｙ ｇ， ｙ ｊ ｇ１ ２ ． ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｌ ｅ ａ ｎ－ ｎ ｄ－ ｏ ｗ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｎ ｅ ｒ ｅ ｉ ｉ ｎ ０ ２ ２ ０ ９， ｈ ｉ ｎ ａ； Ｎ Ｉ ｏ Ｃ ａ Ｌ Ｃ Ｅ Ｂ Ｃ ｇ ｙ， ｊ ｇ１ ｆ ， ３ Ｘ Ａ Ｓ ａ Ｔ Ｄ Ｃ Ｌ Ｌ Ｃ ． ｉ ｎ ｏ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｎ ｄ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ． ｔ ｄ． ａ ｎ ａ ｎ ６ ５ ０ ０ １， ｈ ｉ ｎ ａ； ｇ ｙ ｐ ｇ ｆ ｇ０ ， ， ４ Ｃ Ｍ Ｋ Ｃ ａ Ｏ Ｅ ｕ Ｂ Ｃ Ｌ Ｂ Ｃ ． ｈ ｉ ｎ ａ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅｎ ｔ（ ｅ ｉ ｉ ｎ ｏ． ｔ ｄ． ｅ ｉ ｉ ｎ ０ ０ ０ ８ ３， ｈ ｉ ｎ ａ） ｑ ｙ ｇ ｙ ｐ ｊ ｇ） ｊ ｇ１
相变换热器中蒸汽冷凝数值研究
相变换热器中蒸汽冷凝数值研究周梦;虞斌;曹宇【摘要】为了改善相变换热器的传热性能,使用Fluent软件分别对水蒸气和空气-水蒸气在竖直平板上的冷凝换热进行数值模拟.气液两相流采用VOF模型,水蒸气冷凝的相变模型采用Knudsen相变系数模型,水蒸气在空气中的扩散采用组分运输模型.研究了进口速度、空气质量分数对冷凝换热的影响,结果表明:当水蒸气中混入空气时,严重影响了冷凝换热性能;换热系数随空气质量分数的增加而降低,同时液膜厚度也减薄,当空气质量分数为0.1时,换热系数降低了42.1％,冷凝液量降低了25.5％;提高流速,可有效提高换热系数,湍流状态下为层流状态下的3倍左右,但冷凝量却无明显变化.【期刊名称】《化工机械》【年(卷),期】2018(045)006【总页数】8页(P730-737)【关键词】换热器;水蒸气冷凝;空气-水蒸气冷凝;换热系数;传热性能;数值模拟【作者】周梦;虞斌;曹宇【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院;南京工业大学机械与动力工程学院;南京工业大学机械与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ051.5蒸汽冷凝相变可以利用较小的温差获得很好的传热效果，因而相变换热器广泛应用于工程实践中[1，2]，蒸汽冷凝效率直接影响相变换热器的性能[3，4]。
水蒸气中混入空气时，会大幅影响相变换热器的传热性能[5，6]。
因此，国内外专家学者对蒸汽冷凝现象进行了大量的研究[7～9]。
笔者基于Knudsen M提出的相变系数模型[10]，使用Fluent软件分别对水蒸气和空气-水蒸气在竖直平板上的冷凝换热进行数值模拟，并研究气体流速和空气浓度对冷凝换热的影响。
1 计算模型水蒸气与冷凝水的气液两相流采用VOF方法[11，12]，控制方程包括连续性方程、体积分数方程、动量方程和能量方程。
水蒸气和液态水物性参数随温度变化，通过文献[13]对各物性进行多项式拟合，使用UDF程序导入Fluent软件中。
振荡热管中气液两相运动的数值模拟
振荡热管中气液两相运动的数值模拟李培生;杜鹏;张莹【摘要】为了从流体流态角度对振荡热管初始化和运行过程中的气液两相流动进行研究,采用VOF(volume of fluid)方法追踪气液界面,针对界面表面张力采用CSF(continue surface force)模型并添加动态接触角、气液相变UDF(user defined function)建立数理模型,利用Fluent软件对其进行数值模拟.通过与可视化实验结果进行对比,验证了模型的精确性和可靠性.结果表明:振荡热管初始化和运行过程中,气泡的产生和形态变化是管内工质循环的重要动力;动态接触角模型能够更精准的模拟这一过程.【期刊名称】《南昌大学学报（工科版）》【年(卷),期】2018(040)003【总页数】5页(P272-275,279)【关键词】振荡热管;气液两相流;气泡运动;动态接触角模型【作者】李培生;杜鹏;张莹【作者单位】南昌大学机电工程学院,江西南昌330031;南昌大学机电工程学院,江西南昌330031;南昌大学机电工程学院,江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】TP391.9振荡热管[1-4]是一种结构简单，传热性能优良的换热元件，在小型电子器件散热领域，特别是高热流密度元器件上得到了比较广泛的应用。
近年来，国内外研究学者对振荡热管进行了持续的研究，但由于振荡热管运行时由多种参数共同作用控制，机制复杂，研究工作主要还是集中在数值模拟和实验分析上。
这其中徐德好等[5]利用VOF方法模拟了平板式振荡热管内的流动与传热过程，模拟出主要流型包括气泡流、柱塞流、半环状/环状流等，但没有分析气泡产生与融合过程。
Qu、Barua等[6-7]采用不同工质、充气率、管径、加热功率等参数对振荡热管内流态影响作出可视化实验分析，但没有从管内流体形态变化的角度解释实验现象。
孙芹等[8]通过改变脉动热管的截面形状对其工质运动做出分析，发现变截面热管的设计能够形成附加的毛细力，可以使热管工质发生短暂的定向运动，有利于液相汽化产生气泡。
重力热管中流动与传热的CFD模拟
重力热管中流动与传热的CFD模拟a CFD研究中心，化学工程系，拉齐大学，克尔曼沙阿，伊朗b 机械工程学院，工程和石油学院，科威特大学有效上传时间2009年10月22日摘要：在本研究中以重力热管中的流动并同时伴随蒸发和冷凝现象为模型。
用VOF（体积模型）来模拟气/液两相的相互作用阶段。
在热管中以不同的操作条件进行实验。
重力热管温度的CFD预测曲线与实验测量值有很好的一致性。
可得出结论CDF是一种有用的模拟和解释热管中复杂流动和传热的工具。
关键词：重力热管，热管，计算流体力学，凝聚，蒸发文章大纲术语1.引言2.原理3.实验3.1．实验方面3.2．实验结果4．CDF模拟5．结果与讨论6．结论致谢参考文献1. 引言：热管是具有极高导热效率的两相热传输设备。
使用热管的优势是其所需的面积和温差很小。
此外，设计简单，传热率高，单向传热（热二极管），成本低，重量轻，维修成本低，也使这一设备的要求更高。
在热管中，热量被蒸发段吸收并输送到冷凝段，在冷凝段处蒸汽冷凝将热量传输给冷却介质。
热管被称为高效传热设备，并有超过半世纪[1] [2]和[3]的重大发展。
热管由一个绝热管、吸液芯和工作流体组成。
一组热管内流体因重力发生循环则称为两相闭式热虹吸管[3]。
在这一类热管中，没有用于转移工作流体的吸液芯，而是由于重力差引起管内的流体流动。
所有热管都具有三个部分，包括：蒸发段，绝热部分和冷凝段。
在重力热管中，冷凝段总是放置在蒸发段之上，但在热管中吸液芯可以置于蒸发段的下方。
在重力热管中，热量通过蒸发段的液池输入，将工作流体变成蒸气。
蒸气上升，并通过绝热段到达冷凝段。
在冷凝段中水汽凝结，并放出其潜热。
然后，冷凝液因重力返回到蒸发段。
由于其具有较高的效率，可靠性和成本效益，重力热管已被应用于许多不同的方面。
其中包括保护冻土，除冰的道路，涡轮叶片冷却，热交换器[4]，湿度控制[5]，食品工业[6]，太阳能系统[7]和电抗器[8]等。
重力热管基于VOF_模型的传热特性研究
ｔ ｍｉｘ － ｔ ｓａｔ
ｈ ｆｇ .
ｔ ｓａｔ
(９)
(１０)
其中:ｔ ｍｉｘ 为混和温度ꎬ℃ ꎻｔ ｓａｔ 为饱和温度ꎬ℃ ꎻＳ ｍ
连续性方程
∂ρ
＋ ▽( ρｕ) ＝ ０.
∂ｔ
(７)
相变发生的位置为冷凝段且温度为 ｔ ｍｉｘ <
Ｓ ｍ ＝ βρ ｖ φ ｖ
２ ３ 控制方程
(６)
能量转移源项为
液膜的变化情况ꎬ明显反映出随着蒸汽量及蒸汽
产生速度的增加ꎬ液膜逐渐增厚ꎬ削弱了冷凝段
的换热.
图 ３ 蒸发段不同时刻液相和气相分布
Ｆｉｇ. ３ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅｓ ａｔ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ
好地呈现出来. 当加热功率为 ６０ Ｗ 时ꎬ换热系数达到最大值ꎻ当加热功率继续增加到 ８０ Ｗ 时ꎬ换
热系数逐渐下降. 当充液率在 ０ ２０ ~ ０ ２４ 范围时ꎬ随着充液率的增加ꎬ等效对流换热系数也增加ꎻ
当充液率在 ０ ２４ ~ ０ ３２ 时ꎬ等效对流换热系数逐渐降低ꎻ充液率为 ０ ２４ 时ꎬ等效对流换热系数最
壁面的液体受热导致密度变小ꎬ与液池中心温度
泡数量增多ꎬ气泡在向液池表面运动的过程中体
２ ６ 边界条件
ｈｅ ＝
热性能.
间的扰动增加. 此时ꎬ液池为核态沸腾ꎬ换热系数
最高. 液膜处的壁面过热度加大ꎬ壁面上有大量
气泡生成ꎬ彼此干扰ꎬ液膜向下流动时将汽化核
心扫离. 通过液膜导热ꎬ气泡体积增大ꎬ上升至液
膜表面破裂ꎬ形成很薄的液膜层. 随着气泡的溢
图 ３ 为蒸发段不同时刻液相和气相分布ꎬ可
水平管内制冷剂沸腾传热特性的数值模拟
基于VOF模型的倾角对重力热管性能影响数值研究
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Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｅ ｔ ：Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆｈ ｅ ａ ｔ ｐ ｉ ｐ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｈ ｅ ａ ｔ ｐ ｉ ｐ ｅ ｉ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｒ ｅ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ．
发段进 行 了可视 化研 究，很好 地 再现 了热管运 行 时蒸 发段 的相 变过程 。
［ 关 键 词］重 力热管 ：倾 角；壁 面温度 ：Ｖ ＯＦ模 型 ：可视 化 ：多相 流 ：相 变 ［ 中图 分类 号 ］Ｔ Ｋ１ ７ ２ ． ４ ［ 文 献标识 码 ］Ａ ［ 文章 编号 ］ １ ０ ０ ２ ． ３ ３ ６ ４ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ６ — ０ ０ ４ ０ ． ０ ６ ［ Ｄ Ｏ Ｉ编 号 Ｊ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２ — ３ ３ ６ ４ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ６ ． ０ ４ ０
战洪仁 ，吴 众 ，惠 尧 ，王立鹏
（ 沈 阳化 工 大学 能源 与动 力工程 学院 。辽 宁 沈 阳 １ １ ０ １ ４ ２ ）
［ 摘
要 ］随着 热管 技术 的 发展 ，对 热管 的研 究越 来越 广泛 。本 丈通过 加载 用户 自定义 函数 （ Ｕ ＤＦ ）， 运用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ软件 对铜 一 水重 力热 管进 行 了仿 真数 值模 拟 ，并 对不 同倾 角下 的重 力 热管进 行 了模 拟 。结 果表 明：仿真 数值 模 拟结 果 与实验 结 果吻合 ；重 力热管 的最佳倾 角 为 ５ ７ ｏ ：同 时获得 在倾 角作 用下的 分层 流动 现 象导致 的上 下 壁面 的温度 分布 ，并 对 热管工 作过 程 中蒸
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基于 VOF模型对重力热管内部沸腾冷凝过程的仿真模拟战洪仁;李春晓;王立鹏;吴众;张海松
【期刊名称】《冶金能源》
【年(卷),期】2016(035)001
【摘要】为研究重力热管内部沸腾冷凝过程，使用Fluent 6.3选用VOF多相流模型对汽液两相流进行数值模拟。
通过加载自定义函数（ UDF ），对重力热管的传热传质过程进行模拟计算，获得了稳定的温度场。
随着蒸发段热流量的不断输入，热管内部液池内的气泡生成、合并、长大、上升，最终达到稳定的核态沸腾，以及在冷凝段壁面凝结形成液膜并回流的质热传递的全过程。
计算得到的壁面温度与实验测量值相一致，表明通过编写UDF程序及选取多相流模型（ VOF）建立的数值模型，可以对管内流体的蒸发冷凝进行模拟。
研究结果对热管的研究设计提供了参考。
【总页数】6页(P30-34,43)
【作者】战洪仁;李春晓;王立鹏;吴众;张海松
【作者单位】沈阳化工大学;沈阳化工大学;沈阳化工大学;沈阳化工大学;沈阳化工大学
【正文语种】中文
【相关文献】
1.重力热管内部传热传质过程的数值模拟 [J], 陈军;李家鹏;曹菁;陈双涛;侯予
2.基于VOF模型的倾角对重力热管性能影响数值研究 [J], 战洪仁;吴众;惠尧;王立鹏
3.气泡微细化沸腾过程中气泡冷凝破裂现象 [J], 唐继国;阎昌琪;孙立成;朱光昱
4.重力热管内部相变传热过程的数值模拟 [J], 卿倩; 张登春; 陈大伟; 李孔清
5.基于VOF模型的膜状冷凝传热分析 [J], 刘振宇;吴慧英
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