沸腾两相流综述

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1、沸腾换热文献综述引言近二十年来，多相流体力学和多相传热学发展迅速。在热能、动力、化工、核能、石油、冶金、制药、电子、航空航天、生物工程等领域均有重要应用。在多相流研究中，流动沸腾尤为重要，很多行业的许多生产设备中都涉及到流动沸腾换热工况，大至电站锅炉的沸腾管、化工精馏塔、蒸汽机车，小至MEMS的冷却无不与流动沸腾有关。沸腾换热具有传热温差小，换热强度高等特点，在许多工业与技术领域内得到了广泛应用。管内溶液的蒸发就是沸腾换热过程，此过程伴随着汽液相的转换，属于汽液两相流动体系。由于蒸发的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在浓

2、缩时可能析出结晶、易于结垢、粘度较大等，使得蒸发器的安全稳定运行很难得到保障。将惰性固体颗粒加入到汽液两相流动体系中，形成汽液固三相流，可以较好地解决蒸发换热装置在运行过程中出现的壁面结垢和传热强化问题。但由于沸腾多相流动的特点使得其流动状况非常复杂，而加入固体颗粒后形成汽液固三相流动就更为复杂，因此，对沸腾两相流动及汽液固三相流动的动力学特征研究一直是人们感兴趣的课题。流体动力学特性的研究是多相流体系的基础，它为与之相关的物理过程提供了重要的第一手资料，可为流动体系的进一步研究如传热、传质、化学反应等，以及设备的设计和放

3、大提供可靠的依据。因此，开展气（汽）液固多相流体系的流体动力学研究，对于深入理解多相流体系的内在运动规律和流型转化机制具有十分重要的意义。在多相流动过程中，由于汽、液、固相界面的变形和运动等原因，使得相界面运动具有动态特性，表现出强烈的非线性性质，是一个多变量相关的复杂非线性系统，其主要特征为复杂性。在此复杂现象中，也必然存在着某种规律性，这种规律性表现为一系列混沌运动刘燕.数值管内气液固多相流动沸腾过程的流体动力学研究[博士学位论文].河北：河北工业大学.2010年6月。若仅采用传统的基于线性原则的分析方法，如谱分析技术

4、、随机分析技术等，不能深入地从本质上揭示动态的、非线性的多相流动及传递现象和流动机制。因此，对这些多相流动复杂过程的研究，运用非线性理论是十分必要的。沸腾两相流的研究历程对于沸腾两相流的研究早在19世纪末20世纪初，就随着蒸汽机的发明和锅炉的出现而出现。在1949年正式出现了两相流这一名词。随着动力工业中高温高压参数的引入，以及宇航工业、商用核电站的发展，大量有关汽液两相流与传热的研究论文开始出现。对两相流的研究目的是判定在何种外界条件下热设备中会出现两相流动，以及两相流不同流型的传热特性、流动特性、对系统稳定工作状态的影

5、响等等。研究内容包括宏观模型研究、流型研究、流动特性研究、传热特性研究，以及它们对两相流系统稳定性的影响。两相流动过程数学模型研究主要基于以下几点M.MISHIMA.Two-fluidmodelandhydrodynamicconstitutiverelations.NuclearEngineeringAndDesign,1984,82(2):107-126：从质量守恒，能量守恒，动量守恒出发，将这些平衡应用于各个相界面。以现有的实验数据（流型、控制体内部流动变量的分布等）将流动过程进行某些理想化处理。考虑到现有的实验数据

6、并根据某些普遍适用的规律，如热力学第二定律，对各相以及相界面的有关物性参数，进行某些理想化处理。对发生在边界上的传送，进行某些理想化处理。这种理想化导出传输定律，以及某些理论的和实际的限制（方程组闭合的必要性，方程易于处理性等等）。由以上叙述可以看出，从热力学平衡（包括局部平衡）为前提的两相流模化包括质量、动量和能量平衡、各相相应的物构定律以及边界条件及初始条件，然后把这一系列方程组合成闭合方程组，进行数值模拟，解得不同工况下的流场特征参数分布。具体解这些方程组时，涉及到模型简化的问题。一般是采用宏观的方法，即将两相工质视

7、为连续介质进行研究。工程上常用的有均相流模型、分相流模型等等。然而这些宏观模型大多都采用这样一个基本假设，即相间热力学平衡。这些模型对一般场合虽有简单易懂的优点，但对于沸腾过程中相界面存在强烈热质交换的情况，则显得不合适。流型的定义是各式各样的，一方面是由于流态定义本身的人为特点；另一方面是由于对基本相同的流型给予不同的名称。流型的判断通常是用目测或其它方法进行流型的分类，并通过诸如相折算速度或总质量流率和干度等参数画成流型图。通常这些流型图无普适意义。于是人们继续研究坐标可以通用化的流型图。这类研究成功的可能性不大，因为

8、对于每一个流型过渡来说，存在着不同的相关通用参数。然而通用流型图仍被广泛应用，并且对于垂直流动尤以Hewitt和Roberts的通用流型图影响最广G..F.Hewitt,D.N.Robertson.StudiesofTwo-PhaseFlowPatternsbySimultaneousX-rayandF