肋筋微结构表面沸腾传热特性仿真研究

摘要

为了满足现代新型装置对增强散热效率、维持长期且稳定运行的要求，采用1种肋筋形的微结构以进一步提高换热表面的沸腾传热性能。针对矩形通道增加了1种凹凸对称的矩形肋筋微结构，采用VOF(Volume-of-Fluid)方法研究了其在二维模型中结构尺寸变化与分布情况对流动沸腾传热特性的影响。研究结果表明：在过冷流动沸腾传热中，主要分为两个阶段，前半部分为对流传热阶段，换热曲线趋于直线，后半部分为沸腾传热阶段，换热曲线斜率增大。当肋筋宽度较大时，处于对流传热阶段的换热系数更大，当肋筋宽度较小时，沸腾阶段的传热性能更好，且随着宽度的增大而减小，其中肋筋宽度为0.05 mm时的传热性能最好，相较于原模型最大提高了32.1%。肋筋高度越低在高壁面过热度下传热性能更好，肋筋高度越高在低壁面过热度下传热性能更好；其中肋筋高度为0.05 mm的换热系数相较于原模型最大提升了25.0%。肋筋间距越小，达到沸腾的时间更短，传热性能有较大的提升，肋筋间距增大，气泡间的相互影响减弱，传热性能逐渐下降，但随着肋筋间距进一步的增大，更多的流体流经加热壁面，沸腾传热性能有些许提高。在肋筋间距为1 mm时，沸腾传热系数最佳。研究结果可为肋筋微结构的尺寸及分布情况对强化换热表面的沸腾传热性能提供一定参考。

关键词

微结构 / 沸腾传热 / 强化传热 / 数值模拟