核动力工程核态沸腾存在时垂直管内环状流换热数值计算杨冬，李斌，陈听宽西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，710049制对流与核态沸腾两种换热方式同时存在。通过求解质量守恒动量守恒能量守恒方程，获得液膜厚度速度与温度等参数。由汽泡脱离频率脱离直径汽化核心密度及抑制因子等参数计算核态沸腾换热。换热系数根据热流密度叠加原理确定。对种有机工质在垂直管内向上流动时的沸腾换热进行了数值预测，计算值与实验结果符合良好。随着千度的增加，核态沸腾在总换热系数中的比例由约20下降至1.关键词环状流；强制对流；核态沸腾；数值模型1引言流动沸腾是指沸腾液体沿定方向流动，它包含了两相流体的流动与沸腾换热的相互影响。 在垂直管内流动沸腾时，环状流占据了垂直管内向上流动沸腾换热的大部分区段1.此时，液相以液膜的形式在壁面上流动，汽相与夹带的液滴则在通道中心流动。出评和1丁对环状流模型进行了详细分析p，Fu和KlauSnC，扩大了该模型的应用范围3.刘瑞兰则给出了环状流模型在环形狭缝通道内流动沸腾计算中的具体应用4.上述环状流模型都假设核态沸腾受到完全中的对流与导热进行的。近年的实验和机理研究时甚至没有受到任何抑制51等人在引入核态沸腾换热的基础上建立了个关于两相环状流换热计算的通用模型气然而，该模型只是将强制对流与核态沸腾部分进行了简单的算术叠加，没有考虑核态沸腾受抑制情况及汽泡脱离壁面后周围液体与壁面的换热。 针对垂直管内的流动沸腾换热对象，本文提出了环状流区域强制对流与核态沸腾的数学模型。在此基础上，对流动沸腾换热系数进行了数值计算，并与实验结果进行了比较。 2数学模型与数值计算垂直管内流动沸腾时，汽液两相流型以环状流为主，笔者认为此时存在强制对流与核态沸腾两个换热过程，并且者发生于不同的壁面处。 在强制对流区域，热量通过液膜与壁面对流液膜内导热及汽液界面处的蒸发传递给工质。核态沸腾区域包括汽化核心及其影响区域；其换热量包括脱离汽泡带走的热量，以及用于加热汽化核心影响区流入俊体的热量两部分。换热区域壁面数根据总热流密度和传热温差计算。 2.1强制对流模型垂直向上管内环状流结构。热量由壁面传入，汽芯中存在液滴夹带。假设士流体不可压缩；2稳定流动；3汽液界面厚度沿周向均匀且光滑；4压力沿径向不变；5蒸发过程发生于汽液界面；6夹带液滴在汽芯中分布均匀。 2.1.1液膜平衡方程忽略加速压降，由液膜受力平衡可得21 +p=，式中，7为切应力，3；为压力，0；为半径，m；p为密度，kgm3；下标i和l分别代汽液界面和液相。 基金项目国家自然科学基金资助项目59995460