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

中南大學能源科學與工程學院第二頁，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內有毛細吸液芯的一般熱管結構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反重力熱管結構及原理示意圖第六頁，共十五頁，2022年，8月28日2.閉式重力熱管內的兩相流動及攜帶傳熱極限

重力熱管攜帶傳熱極限的產生，是由于蒸汽和液膜逆向流動在分界面上出現切應力而引起的。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。首先考慮蒸汽側的離心力

第八頁，共十五頁，2022年，8月28日

圖4熱管內汽—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

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

表1不同關聯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