重力熱管的兩相流及傳熱極限分析

重力熱管的兩相流及傳熱極限分析第一頁，共十五頁，2022年，8月28日

重力熱管的兩相流動及攜帶

傳熱極限分析蔣愛華

中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院第二頁，共十五頁，2022年，8月28日

A.Heatisabsorbedintheevaporatingsection.B.Fluidboilstovaporphase.C.Heatisreleasedfromtheupperpartofcylindertotheenvironment;vaporcondensestoliquidphase.D.Liquidreturnsbygravitytothelowerpartofcylinder(evaporatingsection).圖1重力熱管示意圖第三頁，共十五頁，2022年，8月28日帶毛細吸液芯的一般熱管

第四頁，共十五頁，2022年，8月28日

圖2內(nèi)有毛細吸液芯的一般熱管結(jié)構(gòu)及原理示意圖帶毛細吸液芯的一般熱管第五頁，共十五頁，2022年，8月28日反重力熱管

圖3反重力熱管結(jié)構(gòu)及原理示意圖第六頁，共十五頁，2022年，8月28日2.閉式重力熱管內(nèi)的兩相流動及攜帶傳熱極限

重力熱管攜帶傳熱極限的產(chǎn)生，是由于蒸汽和液膜逆向流動在分界面上出現(xiàn)切應(yīng)力而引起的。顯然，軸向熱管密度愈大，軸向蒸汽流速愈大，分界面切應(yīng)力也愈大，攜帶傳熱極限更易發(fā)生。因此，攜帶傳熱極限也是對重力熱管軸向熱流密度的一種限制，它與沸騰極限一樣，是重力熱管的一種主要工作極限。第七頁，共十五頁，2022年，8月28日2.1攜帶極限的兩相流動物理模型

汽和液的界面扭曲模型

由于液流中的局部激波，使得逆向流動的蒸汽和液體之間的界面扭曲，如圖4所示，在液體和蒸汽兩方面產(chǎn)生一個分壓力，該壓力通過界面的表面張力與離心力平衡。首先考慮蒸汽側(cè)的離心力

第八頁，共十五頁，2022年，8月28日

圖4熱管內(nèi)汽—液界面幾何形狀示意圖第九頁，共十五頁，2022年，8月28日

由于波長相對于液膜厚度是很大的，所以沿軸向流動的曲率半徑是：第十頁，共十五頁，2022年，8月28日

表面張力：

壓力平衡式為：第十一頁，共十五頁，2022年，8月28日2.2光滑壁面的攜帶傳熱極限

對于熱管內(nèi)表面是光滑的情況，蒸汽慣量比液體慣量大。假定環(huán)繞熱管內(nèi)表面的液體的分布均勻的，而且是薄的，在這種條件下，蒸汽力對液體-汽界面有最大的影響，忽略（10）式中的液體慣量，則變?yōu)椋浩鸵旱慕缑媾でＰ徒Y(jié)果（16）第十二頁，共十五頁，2022年，8月28日汽液一維穩(wěn)態(tài)兩相流動模型

（忽略蒸汽的可壓縮性和下降液膜厚度）

汽液逆向流動中穩(wěn)定性的破壞模型（17）（18）第十三頁，共十五頁，2022年，8月28日3.重力熱管的攜帶傳熱極限及與沸騰燒毀極

限的比較分析

現(xiàn)采用以上的公式（16）、（17）、和（18）分別計算一定結(jié)構(gòu)的熱管在一定工作條件下的攜帶傳熱極限。取熱管內(nèi)徑di=20mm,工作溫度為100、150、200℃。計算結(jié)果見表1。

表1不同關(guān)聯(lián)式計算的熱管攜帶極限工作溫度100℃工作溫度200℃由式（16）得Qe,maxkw6.65718.032由式（17）得Qe,maxkw2.94311.613由式（18）得Qe,maxkw4.51612.232當(dāng)工作溫度為200℃時，蒸發(fā)段長度分別取0.1、0.5、1.0m，熱管的沸騰傳熱燒毀極限分別為Qb,max=1