池沸腾传热的数学分析！

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1、第&)卷第(期#’’D年(月物理学报T97*&)，S9*(，1UV67，#’’D!’’’3$#D’.#’’D.&（)’(）.#&#$3&1LM1NOPQRL1QRSRL1"#’’DLW6A*NWXH*Q9>*###############################################################池沸腾传热的数学分析!!）"!）#）!）!）!）肖波齐王宗篪蒋国平陈玲霞魏茂金饶连周!）（三明学院物理与机电工程系，三明$%&’’(）#）（广州大学工程抗震中心，广州&!

2、’(’&）（#’’)年&月!!日收到；#’’)年)月!!日收到修改稿）在统计方法的基础上，对于池沸腾换热的传热机理提出了一个数学模型*在没有增加新的经验常数的条件下，从该模型中可得到池沸腾热流密度是壁面过热度、活化穴最小与最大尺寸、流体的接触角与流体物理特性的函数*该模型可以较好地解释润湿性如何影响沸腾热流密度*对不同的接触角，模型预测的结果与实验相符合*关键词：池沸腾，传热，数学模型!"##：(+!’，(+#&，(+&&,多，但这些模型都有各自的缺陷，部分研究结果由于!=引言实验与各种假设的限制应

3、用范围较小，经验常数较多，部分研究结果与实验数据相比有一定的差距*沸腾是通过大量气泡的形成、成长和运动将工本模型的基本思路是：根据活化核心密度分布质由液态转换到气态的一种剧烈蒸发过程*池沸腾!5与活化穴半径">的函数关系及气泡的脱离直径换热在工业领域有很重要的应用价值，它关系到如#:和脱离频率$与活化穴半径">的函数关系，用何最大限度地挖掘相变换热器的工作潜力，以期达数学方法处理得到池沸腾热流密度%?9?*本模型是到节约能源的目的*因此，在过去的几十年里，各国在前人模型的基础上进行改进后得到的，改进

4、后的学者对池沸腾换热的研究很多*对池沸腾换热现象模型实际操作比较简单，物理意义明确，包含较少的的模型研究，不仅对揭示沸腾换热的运动规律有科经验常数，可以解释相关的物理现象，如壁面过热学意义，而且对锅炉、蒸发器等换热设备的设计具有度、流体的接触角等对池沸腾热流密度的影响，模型重要的指导价值*因此，国内外许多学者作了大量预测的结果与实验数据符合较好*下面我们对池沸的沸腾换热实验，提出了各种池沸腾换热机理模腾传热进行数学分析*［!—&］型*但是，由于实验与各种假设的限制，这些模活化核心密度分布对池沸腾热流

5、密度的影响非型都有各自的缺陷，因此综合理论仍然缺乏，比较完常大，气泡在活化核心处产生，气泡引起的热流密度［$］善的机理模型还未建立*造成这一现象的原因之在核态池沸腾中占主导地位*@5AB等对活化核一，是换热表面活化核心密度对沸腾换热有重要影心密度进行了系统研究，他们在一个大气压下的铜响，而迄今还没有令人满意的理论和方法来描述活表面用饱和水做池沸腾实验，对接触角!)C"!"D’C化核心密度分布*为此，本文用统计方法来描述活范围，提出了活化核心密度随接触角的变化，得到了化核心密度分布，对池沸腾换热进行数

6、学分析，以期如下经验关联式：&G%得到一个比较自洽的沸腾换热机理模型*!5E&=’F!’（!G>9H!）#>，（!）&其中系数&=’F!’与幂指数G%是经验常数，!的5#单位是H6?IH.>4，!是接触角，#是活化穴直径，单#=池沸腾换热的数学模型>位是使用国际单位制，根据统计理论由（!）式!4*到目前为止，已提出的池沸腾换热研究模型很可以得到半径在">与">JK">之间的活化穴数!三明学院科学研究发展基金（批准号：-’+’(./）和福建省教育厅科技项目（批准号：01’+!%+和01’)#(’）资助

7、的课题*"234567：8659:9;6#’’%943/3*物理学报/-卷量，有相自然对流问题,这些模型都反映了泡态沸腾过程!"!（#"$，%&’!"$!"$，%#(）换热规律的各个不同侧面，都有自己的缺陷与局限)*+,-./012!3（41!$56!）"!.""，（3）性,若通过恰当的综合分析把不同的物理模型有机$$其中"与"分别是最小与最大活化穴半径,地组合起来，则可形成对大空间泡态沸腾换热规律$，%&’$，%#(［1］因为""$72，所以!"!#72,的较全面的描述,这里我们采用的

8、是D&E&$等的［+］叠加模型，池沸腾换热的总热流密度*可表示为：869为了描述活化穴的尺寸大小，提出模型把F5F活化穴的尺寸大小表示为壁面温度或热流密度的函*F5F)*’$=*>，（+）数，认为在核化点上气泡核被热的液体包围着，仅当这里*F5F采用的是*’$与*>的叠加形式，一般尚需引气泡核周围的液体足够热时气泡核开始生长成为一入经验参数予以修正,为了简化计算，我们取修正［+］个气泡,这里，869模型描述了活化穴的最小半径参数为1,*为自然对流换热引起的热流密度，*