水箱沸腾加热过程的数值模拟
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化 工装备技 术
第３ ３卷 第 ２期 ２ １ ０ ２年 ４月
水 箱 沸腾 加 热 过 程 的数 值 模 拟 术
吴艳 阳 一 傅 捷 赵旭 伟 余 侃
（ 汉 工 程 大学 机 电工 程 学 院） 武
摘
要 为 了解沸腾 换 热的机 理 ．分析 了水箱 内的水 到达饱 和状 态 时的 沸腾 情 况 。对 水箱 沸
Ｃｏ ｉ ｕｉ ｑｕ ｔｏ ｎｔｎ ｔ ｅ ａｉ ｎ ｙ
态时 的沸腾 情况 作 了详细 分析 。
０ 前 言
沸腾 传热 主要 以液相 变 为气相 时 的汽化 潜热方 式 传递 热 量 ，能 以较 低 的过热 度 获得 高 传 热 系数 。 许 多沸腾 换热 设备 需要通 过强 化工 质来换 热 ，以提 高 沸腾 临界热 负荷 和提 高设备 安全 性能 。 因此 ，研 究 沸腾传 热机 理及 相关 强化技 术 ，对 于节能 、新 能 源 利用及 安 全生产 等均具 有 重要意 义 。本文 利用 多
１ 计算 条件 及数 学物理 模型 １ 物 理模 型 ． １
本文 研究 的是水 箱 内水 的沸腾 加热 过程 ，选 取 的计 算流 域为 ２ ｍ ５ ｍ 的二维 方腔 。二 维 方腔 ０ｃ ｘ ０ｃ 网格 数 为 ４ Ｏ个ｘ ０ ｌ０个 ，网格 图如 图 １ 示 。二维 所 方 腔 底 部 中心 处 有 一 长 １ ｍ 的 加 热 板 。初 始 时 ０ｅ 刻 ，水 箱 中 的 水 （ 为 基 本 相 ）其 温 度 接 近 沸 点 作 （７ 。容 器底 部 固壁 中心 区域 的温 度 比水 的沸 ３ ２Ｋ） 腾 温 度 高 ，为 ５ ３Ｋ （ 热 板 温 度 ） 由 于热 传 导 ７ 加 。 的原 因 ．贴近底 部 固壁 附近 的水温 度逐 渐增 加 并超
腾加 热过 程进行 了模 拟 ．通过 求解 蒸汽连 续性 方程和 液体连 续性 方程 ，得 到 了速度 场 、压 力
场 、温度 场和 蒸汽体 积 比例 并进 行 了比较研 究。结果 发现 ，若 水 已经到 达饱 和状 态且 加热 板
表 面为光 滑表 面 ．由 于温差 不 同，沸腾 的情况 也不相 同。
相 流混合 模 型 ，对 水箱 内 的水 在沸 腾 临界点 的加 热 过 程进行 了模 拟计 算 ，通过求 解蒸 汽连 续性 方程 和
液 体连续 性方 程 ，得 到了速 度场 、压力 场 、温度 场 和 蒸汽体 积 比例分 布 ，并 对水 箱 内的水 到达 饱 和状
基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 资 助项 目 （ ０ ０ ０ ５ 。 ５ ９ ６ ６ ）
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关 键 词 沸 腾 传 热 水 箱 换 热 系数 热 流 密 度 模 拟 连 续 性 方 程
中图分类 号 Ｔ ０ １３ Ｑ ２ ．
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化 工装备技 术
第３ ３卷 第 ２期 ２ １ ０ ２年 ４月
水 箱 沸腾 加 热 过 程 的数 值 模 拟 术
吴艳 阳 一 傅 捷 赵旭 伟 余 侃
（ 汉 工 程 大学 机 电工 程 学 院） 武
摘
要 为 了解沸腾 换 热的机 理 ．分析 了水箱 内的水 到达饱 和状 态 时的 沸腾 情 况 。对 水箱 沸
Ｃｏ ｉ ｕｉ ｑｕ ｔｏ ｎｔｎ ｔ ｅ ａｉ ｎ ｙ
态时 的沸腾 情况 作 了详细 分析 。
０ 前 言
沸腾 传热 主要 以液相 变 为气相 时 的汽化 潜热方 式 传递 热 量 ，能 以较 低 的过热 度 获得 高 传 热 系数 。 许 多沸腾 换热 设备 需要通 过强 化工 质来换 热 ，以提 高 沸腾 临界热 负荷 和提 高设备 安全 性能 。 因此 ，研 究 沸腾传 热机 理及 相关 强化技 术 ，对 于节能 、新 能 源 利用及 安 全生产 等均具 有 重要意 义 。本文 利用 多
１ 计算 条件 及数 学物理 模型 １ 物 理模 型 ． １
本文 研究 的是水 箱 内水 的沸腾 加热 过程 ，选 取 的计 算流 域为 ２ ｍ ５ ｍ 的二维 方腔 。二 维 方腔 ０ｃ ｘ ０ｃ 网格 数 为 ４ Ｏ个ｘ ０ ｌ０个 ，网格 图如 图 １ 示 。二维 所 方 腔 底 部 中心 处 有 一 长 １ ｍ 的 加 热 板 。初 始 时 ０ｅ 刻 ，水 箱 中 的 水 （ 为 基 本 相 ）其 温 度 接 近 沸 点 作 （７ 。容 器底 部 固壁 中心 区域 的温 度 比水 的沸 ３ ２Ｋ） 腾 温 度 高 ，为 ５ ３Ｋ （ 热 板 温 度 ） 由 于热 传 导 ７ 加 。 的原 因 ．贴近底 部 固壁 附近 的水温 度逐 渐增 加 并超
腾加 热过 程进行 了模 拟 ．通过 求解 蒸汽连 续性 方程和 液体连 续性 方程 ，得 到 了速度 场 、压 力
场 、温度 场和 蒸汽体 积 比例 并进 行 了比较研 究。结果 发现 ，若 水 已经到 达饱 和状 态且 加热 板
表 面为光 滑表 面 ．由 于温差 不 同，沸腾 的情况 也不相 同。
相 流混合 模 型 ，对 水箱 内 的水 在沸 腾 临界点 的加 热 过 程进行 了模 拟计 算 ，通过求 解蒸 汽连 续性 方程 和
液 体连续 性方 程 ，得 到了速 度场 、压力 场 、温度 场 和 蒸汽体 积 比例分 布 ，并 对水 箱 内的水 到达 饱 和状
基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 资 助项 目 （ ０ ０ ０ ５ 。 ５ ９ ６ ６ ）
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关 键 词 沸 腾 传 热 水 箱 换 热 系数 热 流 密 度 模 拟 连 续 性 方 程
中图分类 号 Ｔ ０ １３ Ｑ ２ ．
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