CN115169262A - 一种考虑汽液相间温差变化的汽泡分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种考虑汽液相间温差变化的汽泡分析方法,包括以下步骤:S1:建立汽泡分析模型,输入汽泡参数和温度参数;S2:计算汽液相间换热系数;S3:根据汽液相间换热系数计算未考虑汽液相间温差变化的努谢尔数;S4:建立系统压力和时间的函数;S5:根据建立的系统压力和时间的函数,建立汽泡饱和温度与时间的函数;S6:根据S5中汽泡饱和温度与时间的函数和S3中未考虑汽液相间温差变化的努谢尔数计算考虑汽液相间温差变化的努谢尔数。过引入汽泡饱和温度和时间的关系,考虑了汽液相间温差变化的工况,更加符合汽泡变化的实际工况,提高了分析精度。
Description
技术领域
本发明涉及汽泡动力学技术领域,特别涉及一种考虑汽液相间温差变化的汽泡分析方法。
背景技术
在多相流研究领域的汽泡动力学内,确定汽液相间换热量是计算流体温度及预测空泡份额的一个重要研究内容。而计算相间换热量、相间换热系数、努谢尔数又是一个并不可少的重要参数。所以准确的计算努谢尔数在多相流领域内是一个重要的研究内容。
计算努谢尔数一般通过实验研究汽泡的生长或冷凝过程的汽泡直径变化,确定汽泡与流体的换热量同时结合即时的汽泡直径及汽液之间的温差,获得努谢尔数。
由于汽泡的生长或者冷凝需要一定的过热度或者过冷度,一般的研究汽泡在过热的液体中生长的办法是将饱和蒸汽注入到有一定过热度的大空间液体内。研究汽泡冷凝可以是在过冷的液体中注入饱和蒸汽或者在加热壁面上产生蒸汽泡。这些方法都是在一定的系统压力条件下获得的汽泡直径变化数据,缺点是汽液相间的温差不能过大,一般是默认为常数。
但是在系统压力变化阶段,由于压力的变化,使得汽液相间的温差不再是常数,因此现有的分析方法未考虑温差变化的工况。
发明内容
针对现有技术中未考虑温差变化导致汽泡分析精确性较低的技术问题,本发明提供一种考虑汽液相间温差变化的汽泡分析方法,通过引入汽泡饱和温度和时间的关系,考虑了汽液相间温差变化的工况,更加符合汽泡变化的实际工况,提高了分析精度。
为了实现上述目的,本发明提供以下技术方案:
一种考虑汽液相间温差变化的汽泡分析方法,包括以下步骤:
S1:建立汽泡分析模型,输入汽泡参数和温度参数;
S2:计算汽液相间换热系数;
S3:根据汽液相间换热系数计算未考虑汽液相间温差变化的努谢尔数;
S4:建立系统压力和时间的函数;
S5:根据建立的系统压力和时间的函数,建立汽泡饱和温度与时间的函数;
S6:根据S5中汽泡饱和温度与时间的函数和S3中未考虑汽液相间温差变化的努谢尔数计算考虑汽液相间温差变化的努谢尔数。
优选地,所述S1中,汽泡参数包括汽泡直径;温度参数包括汽液相间温度差。
优选地,所述S2中,汽液相间换热系数的计算公式为:
公式(1)中,hc表示汽液相间换热系数;Db表示汽泡直径;Tb表示系统中汽泡温度;Tl表示系统中液体温度;dQ表示通过汽液界面传输的热量;dτ表示传递热量经历的时间。
优选地,所述S3中,未考虑汽液相间温差变化的努谢尔数的计算公式为:
公式(2)中,Nu表示未考虑汽液相间温差变化的努谢尔数,表示对流换热强烈程度的一个准数;hc表示汽液相间换热系数;Db表示汽泡直径;λl表示水的导热系数;
将汽泡定义为球形,则对于球形汽泡,有以下定义:
公式(3)中,m表示球形汽泡的质量;ρv表示蒸汽的密度;hfg表示水在对应压力下的汽化潜热,即每千克的水完全变成蒸汽所吸收的热量;
结合(1)、(2)和(3)式可得到:
优选地,所述S4中,系统压力和时间的函数的表达式为:
p=f(t),p=-10-9t4+2*10-7t3+8*10-7t2-0.0001t+0.175MPa (5)
公式(5)中,p表示系统压力;f(t)表示系统压力关联函数,t表示时间。
优选地,所述S5中,汽泡饱和温度和时间的函数的表达式为:
优选地,所述S6中,考虑汽液相间温差变化的努谢尔数的计算公式如下:
公式(7)中,Nu*表示考虑汽液相间温差变化的努谢尔数;ρv表示汽泡的密度;hfg表示水在对应压力下的汽化潜热,即每千克的水完全变成蒸汽所吸收的热量;Db表示汽泡直径;dτ表示表示传递热量经历的时间;λl表示水的导热系数;Tl表示系统中液体温度;表示汽泡饱和温度和时间关联函数。
综上所述,由于采用了上述技术方案,与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
本发明通过对实验的具体分析,发现系统的压力变化宏观上也是一个变化的过程,汽泡在系统的压力一边变化,一边冷凝,直径变小;即汽泡并不是在一个稳定的压力下冷凝,其对应的饱和温度也是在变化的。
汽泡的冷凝可以分为两部分:第一部分是汽泡由于原始具有的过冷度而冷凝,此时的系统压力是稳定的,其汽液相间温差是一个常数;第二部分是在系统压力变化阶段,由于压力的变化,使得汽液相间的温差不再是常数。
本发明引入汽泡饱和温度和时间的关系,考虑了汽液相间温差变化的工况,从而得到新的分析方法,更加符合汽泡变化的实际工况,提高了分析精度。
附图说明:
图1为根据本发明示例性实施例的系统压力与时间的关系示意图。
图2为根据本发明示例性实施例的一种考虑汽液相间温差变化的汽泡分析方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示,通过已经进行的实验,发现汽泡动力学研究中系统的压力变化宏观上也是一个变化的过程,汽泡在系统的压力中一边变化,一边冷凝,直径变小。即汽泡并不是在一个稳定的压力下冷凝,其对应的饱和温度也是在变化的。
从图1中可以看到,当系统触发信号发出,即增压阀门打开后,系统的压力变化有一定的延时,大约在增压开始后的38ms开始,系统压力上升,系统从0.3MPa上升到0.38MPa,系统的压力在触发信号后112ms达到稳定,整个过程耗时约74ms。在此过程中,汽泡会出现冷凝,直径变小。
汽泡的冷凝可以分为两部分。第一部分是汽泡由于原始具有的过冷度而冷凝,此时的系统压力是稳定的,其汽液相间温差是一个常数,努谢尔数的计算方法可按式计算;但是在系统压力变化阶段,由于压力的变化,使得汽液相间的温差不再是常数,需要引入一个新的方法来处理系统压力变化时候的汽液相间温差。
如图2所示,本发明提供一种考虑汽液相间温差变化的汽泡分析方法,具体包括以下步骤:
S1:建立汽泡分析模型,输入汽泡参数和温度参数。
本实施例中,汽泡参数包括汽泡直径;温度参数包括汽液相间温度差。
S2:计算汽液相间换热系数,计算公式如下:
公式(1)中,hc表示汽液相间换热系数;Db表示汽泡直径;Tb表示系统中汽泡温度;Tl表示系统中液体温度;dQ表示通过汽液界面传输的热量,dτ表示的是传递dQ这么多热量经历的时间。
S3:根据汽液相间换热系数计算未考虑汽液相间温差变化的努谢尔数,计算公式如下:
公式(2)中,Nu表示未考虑汽液相间温差变化的努谢尔数,表示对流换热强烈程度的一个准数;hc表示汽液相间换热系数;Db表示汽泡直径;λl表示水的导热系数。
本实施例中,为分析方便,将汽泡定义为球形,则对于球形汽泡,有以下定义:
公式(3)中,m表示球形汽泡的质量;ρv表示蒸汽的密度;hfg表示水在对应压力下的汽化潜热,就是在此压力下,每千克的水完全变成蒸汽所吸收的热量。
则结合(1)、(2)和(3)式可得到:
公式(4)中,Tb-Tl表示汽液相间的温差,一般默认是一个不变的值,即认为汽泡由于原始具有的过冷度而冷凝,此时的系统压力是稳定的,其汽液相间温差是一个常数。但实际过程中,系统的压力变化宏观上也是一个变化的过程,汽泡在系统的压力一边变化,一边冷凝,直径变小。也就是说,汽泡并不是在一个稳定的压力下冷凝,其对应的饱和温度也是在变化的,因此需要引入一个新的参数来处理系统压力变化时候的汽液相间温差。
S4:建立系统压力和时间的函数,表达式如下:
p=f(t) (5)
公式(5)中,p表示系统压力;f(t)表示系统压力关联函数,具体由实际的实验结果拟合得出;在实验中,其中一个实验工况是,当高压釜内的初始压力是0.24MPa,在124ms内压力增加到0.3MPa,根据实验的测量的结果,拟合得出的系统压力和时间的函数是p=-10- 9t4+2*10-7t3+8*10-7t2-0.0001t+0.175MPa,其中p表示系统压力,t表示时间。
S5:由时间决定的压力也决定了汽泡饱和温度,建立汽泡饱和温度与时间的函数:
公式(6)中,T表示汽泡饱和温度;表示汽泡饱和温度关联函数,具体由实际的实验结果拟合得出;对于实验中的具体工质,例如本实验中为纯净水,每一个饱和压力对应一个饱和温度,具体的数值通过查找水的热力性质参数表可以得到。例如在上述的工况下,拟合得到的公式为:T=-10-7t4+2*10-5t3+0.0013t2-0.041t+116.14℃,其中T表示的汽泡饱和温度,t表示时间。
S6:根据S5中汽泡饱和温度与时间的函数和S3中未考虑汽液相间温差变化的努谢尔数计算考虑汽液相间温差变化的努谢尔数,计算公式如下:
公式(7)中,Nu*表示考虑汽液相间温差变化的努谢尔数;ρv表示汽泡的密度;hfg表示水在对应压力下的汽化潜热,就是在此压力下,每千克的水完全变成蒸汽所吸收的热量;Db表示汽泡直径;dτ表示表示的是传递热量经历的时间;λl表示水的导热系数;Tl表示系统中液体温度;表示汽泡饱和温度关联函数。
本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本发明的具体实施例,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (7)
1.一种考虑汽液相间温差变化的汽泡分析方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:建立汽泡分析模型,输入汽泡参数和温度参数;
S2:计算汽液相间换热系数;
S3:根据汽液相间换热系数计算未考虑汽液相间温差变化的努谢尔数;
S4:建立系统压力和时间的函数;
S5:根据建立的系统压力和时间的函数,建立汽泡饱和温度与时间的函数;
S6:根据S5中汽泡饱和温度与时间的函数和S3中未考虑汽液相间温差变化的努谢尔数计算考虑汽液相间温差变化的努谢尔数。
2.如权利要求1所述的一种考虑汽液相间温差变化的汽泡分析方法,其特征在于,所述S1中,汽泡参数包括汽泡直径;温度参数包括汽液相间温度差。
5.如权利要求1所述的一种考虑汽液相间温差变化的汽泡分析方法,其特征在于,所述S4中,系统压力和时间的函数的表达式为:
p=f(t),p=-10-9t4+2*10-7t3+8*10-7t2-0.0001t+0.175MPa (5)
公式(5)中,p表示系统压力;f(t)表示系统压力关联函数,t表示时间。
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130132020A1 (en) * | 2009-12-09 | 2013-05-23 | Rhodia Operations | Method and facility, using transfer between a gas and a liquid, for predetermining at least one conversion parameter |
DE102016216236A1 (de) * | 2016-08-29 | 2018-03-01 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zum Bereitstellen von Daten |
CN111191347A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-05-22 | 北京机电工程研究所 | 一种水下空泡流动的预测方法 |
CN112464472A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-09 | 西安交通大学 | 提高钠冷快堆系统程序中蒸汽发生器换热计算性能的方法 |
CN113177298A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-27 | 珠海一多监测科技有限公司 | 一种管道流体非介入式测温方法、电子设备、存储介质 |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130132020A1 (en) * | 2009-12-09 | 2013-05-23 | Rhodia Operations | Method and facility, using transfer between a gas and a liquid, for predetermining at least one conversion parameter |
DE102016216236A1 (de) * | 2016-08-29 | 2018-03-01 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zum Bereitstellen von Daten |
CN111191347A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-05-22 | 北京机电工程研究所 | 一种水下空泡流动的预测方法 |
CN112464472A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-09 | 西安交通大学 | 提高钠冷快堆系统程序中蒸汽发生器换热计算性能的方法 |
CN113177298A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-27 | 珠海一多监测科技有限公司 | 一种管道流体非介入式测温方法、电子设备、存储介质 |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
SEONG-JIN KIM ET AL: "Interfacial heat transfer of condensing bubble in subcooled boiling flow at low pressure", INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER, vol. 54, no. 13, pages 2962 - 2974, XP028195569, DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.03.001 * |
李慧君;王佩;: "竖直管内纯蒸汽凝结换热液膜分布及换热特性", 华北电力大学学报(自然科学版), no. 01, pages 80 - 84 * |
潘良明等: "过冷流动沸腾汽泡凝结变形及流场特性的数值模拟", 重庆大学学报, vol. 35, no. 6, pages 53 - 57 * |
王效嘉等: "含不凝气蒸汽气泡凝结过程的数值模拟", 第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会议论文集(下册), pages 769 - 774 * |
袁德文;潘良明;陈德奇;王小军;: "窄通道中过冷沸腾汽-液界面凝结换热系数", 核动力工程, no. 05, pages 32 - 36 * |
郭雷;张树生;程林;: "Z形狭缝内两种工质沸腾汽液两相特性分析", 中国电机工程学报, no. 14, pages 71 - 76 * |
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