沸騰
關注創建者：Oler 創建時間：2019-07-02
沸騰的視頻教程
動力電池熱管理仿真：Starccm&Amesim冷媒直冷熱仿真課程
沸騰溫度 如上圖，制冷劑在進口位置沸騰溫度較高，主要是因為在控制出口壓力的同時，進口壓力會疊加壓降，導致進口位置壓力高，對應的沸騰溫度自然也高些，隨著制冷劑的逐漸蒸發，制冷劑逐漸轉化成氣態，并隨著氣態制冷劑的逐漸增加，氣態制冷劑出現過熱狀態。由于氣態制冷劑的熱容小，無法吸收過熱熱量，因此氣態制冷劑很容易出現過熱，所以在制冷板的出口位置上體現出更多的是制冷劑的高溫。
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基于mixture多相流模型的水沸騰模擬
fluent多項流nixture模型仿真基本通用流程； 詳細介紹fluent蒸發冷凝模型理論，參數設置過程與注意事項； meshing網格劃分過程； CFD-POST后處理過程； 提供源文件與答疑過程；
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STARCCM+系列CFD課程07-多相流-歐拉方法
課程安排： <01> 歐拉方法知識點概述 <08> 歐拉-Hibiki 的鼓泡塔 <09> 歐拉-混合物沉降 <10> 歐拉-流化床中的氣泡形成 <11> 歐拉-排氣邊界 <12> 歐拉-壁面沸騰
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沸騰的實例教程
這種沸騰工況叫做過冷沸騰（subcooled boiling，圖2），也叫做欠熱沸騰，所謂“欠熱”，就是指大部分液體的溫度仍然低于飽和溫度。視頻1里面將近沸騰的水正是處于這種沸騰工況，因此發出的聲音比較刺耳。
圖2 過冷沸騰（圖片來自[3]）
隨著加熱繼續進行，水壺里面的水溫繼續上升，由于對流的作用，壁面附近的較熱的水會把熱量傳給上面的較冷的水，終于水壺里面的水全部都達到飽和溫度。這時，從底部壁面上升的氣泡不再坍縮，而是一直上升到水面并逸出到空氣中。這種沸騰工況叫做飽和沸騰（saturated boiling，圖3）。由于沒有氣泡坍縮的過程，所以也就不再有刺耳的聲音。
圖3 飽和沸騰（圖片來自[3]）
展開 當前，煉油廠正處于“煉油型”向“化工型”轉型的關鍵時期，并且煉油企業呈現“集成化和規模化”的趨勢，無論是新建煉油廠還是現有煉油廠升級改造，沸騰床加氫技術將在煉油結構轉型中扮演重要角色，這主要得益于沸騰床加氫技術具有原料適應性強、加工模式廣和裝置運作周期長等特點。
目前國外針對H-Oil和LC-Fining沸騰床加氫技術開展了大量的研究工作，主要集中在渣油高轉化率下雜質脫除規律、沸騰床裝置的長周期運行等方面，而鮮有對沸騰床加氫技術與其他技術有效耦合來針對不同應用場景的研究。以下從反應器結構和催化劑角度詳細闡述STRONG沸騰床加氫技術的特點及應用場景，對現有50kt/a沸騰床工業示范裝置和500kt/a工業裝置運行情況進行介紹，并針對最新開發的沸騰床-固定床（沸-固）復合床技術，分別從工藝流程和中試運行情況進行詳細說明。
STRONG沸騰床加氫技術
01
技術優點
●自持流化反應器
國外沸騰床反應器采用高溫高壓沸騰泵來促進催化劑床層膨脹，進而控制催化劑料面的高度；催化劑料面通過放射性料位計來檢測，為防止床層進入快速流化狀態進而導致顆粒夾帶，反應器內催化劑料面高度低于循環杯位置，因此帶有沸騰泵的沸騰床反應器內部分為兩個反應區。在催化劑床層以內，由于有催化劑的存在，因而渣油加氫為熱裂化和催化反應；在循環杯上方和循環管內部，由于沒有催化劑存在，因而主要進行熱裂化反應。故國外沸騰床實際為膨脹床，催化劑只是填充反應器中的一部分，未能完全利用整個反應器空間。
展開 “過冷沸騰”是用來描述這樣一種物理情況:即使液體的體積平均溫度小于飽和值，但壁溫高到足以導致壁上發生沸騰。在這種情況下，能量直接從壁面傳遞到液體。這些能量的一部分會使液體的溫度升高，另一部分會產生蒸汽。相間傳熱也會導致液體平均溫度升高,而飽和蒸汽冷凝。此外，一些能量可以直接從壁面轉移到蒸汽中。這些基本機制是所謂的倫斯勒理工學院(RPI)模型的基礎。
在ANSYS Fluent中，在歐拉多相模型的基礎上建立了壁面沸騰模型。多相流動由相連續性守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程控制。采用 Kurual 和 Podowski 的RPI形核沸騰模型和Lavieville等人的擴展式對壁面沸騰現象進行了建模。該壁面沸騰模型適用于三種不同的壁面邊界:等溫壁面、指定熱流和指定傳熱系數(耦合壁面邊界)。
如下面所描述的，已經考慮了動量、質量和熱量的界面傳遞以及沸騰流中的湍流模型。
01—
Critical Heat Flux
在壁面沸騰時，臨界熱流條件的特征是局部傳熱系數急劇降低和壁面溫度的偏高。隨著蒸汽含量的增加，加熱表面不再被沸騰液體濕潤，就會發生這種現象。
在臨界熱流條件下，蒸汽取代液體，占據加熱壁附近的空間。因此，能量直接從壁面轉移到蒸汽中。反過來，它會導致換熱能力迅速下降，蒸汽溫度急劇上升，最重要的是壁溫升高。此外，壁面沸騰與核態沸騰區分離，多相流動由泡狀流動變為霧狀流動。
展開 “過冷沸騰”是用來描述這樣一種物理情況:即使液體的體積平均溫度小于飽和值，但壁溫高到足以導致壁上發生沸騰。在這種情況下，能量直接從壁面傳遞到液體。這些能量的一部分會使液體的溫度升高，另一部分會產生蒸汽。相間傳熱也會導致液體平均溫度升高,而飽和蒸汽冷凝。此外，一些能量可以直接從壁面轉移到蒸汽中。這些基本機制是所謂的倫斯勒理工學院(RPI)模型的基礎。
在ANSYS Fluent中，在歐拉多相模型的基礎上建立了壁面沸騰模型。多相流動由相連續性守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程控制。采用 Kurual 和 Podowski 的RPI形核沸騰模型和Lavieville等人的擴展式對壁面沸騰現象進行了建模。該壁面沸騰模型適用于三種不同的壁面邊界:等溫壁面、指定熱流和指定傳熱系數(耦合壁面邊界)。
如下面所描述的，已經考慮了動量、質量和熱量的界面傳遞以及沸騰流中的湍流模型。
01—
Non-equilibrium Subcooled Boiling
當使用基本RPI模型時，蒸汽的溫度不計算，而是固定在飽和溫度。為了模擬從核態沸騰狀態(DNB)開始的沸騰，或者模擬臨界熱流量和干燥后的條件，必須包括過程中的蒸汽溫度。
展開 壁面過冷沸騰是在特定的熱力學條件下，發生在固體壁面附近的沸騰現象。在核反應堆運行過程中，壁面過冷沸騰通常出現在熱流密度較高、熱流體與壁面之間的傳熱溫差較大的區域。壁面過冷沸騰的發生會導致壁面附近流體溫度驟降，產生大量汽泡。這些汽泡可能會迅速成長并逸出到主流流體中，從而導致流體的熱力學狀態和流動特性發生顯著變化。這些變化可能會對反應堆的運行產生重要影響。
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壁面沸騰物理現象及不同流型
為了確保核反應堆的安全和高效運行，在反應堆設計和運行過程中，需要對壁面過冷沸騰進行充分的評估和控制，以避免其對反應堆性能和安全產生不利影響。
均勻加熱的平面壁與垂直流接觸的沸騰現象
本算例使用流體仿真軟件VirtualFlow對流經管道的氟利昂R12的壁面沸騰過程進行模擬，與DEBORA試驗數據及NEPTUNE_CFD、ANSYS CFX模擬結果進行對比，驗證VirtualFlow軟件模擬計算壁面沸騰的可靠性。
模型介紹
該算例模擬了DEBORA試驗（參考文獻[1]）的過冷沸騰現象。
流經管道的氟利昂R12的壁面沸騰過程模型如圖1所示：進入垂直管道的湍流，直徑為0.0192米；流體從底部進入，其中入口段（1m）為絕熱；流體在流出絕熱出口段（0.5m）之前，將壁面熱通量邊界條件施加到管道中間的3.5m部分。
展開 
沸騰的最新內容
熱失控產熱驅動電解液沸騰；(a) 三維溫度分布；(b)電解液沸騰界面與熱失控前鋒面
儲能磷酸鐵鋰電池熱失控期間存在電解液沸騰吸熱行為，電池內部傳熱復雜。阻礙了高安全電池的設計。急需明晰電池電解液沸騰吸熱原理，建立考慮電解液沸騰吸熱的熱安全模型，以指導電池安全設計。
使用工具：Ansys Fluent
最終成果
圖3.
適合人群：熱設計工程師、電子散熱工程師、結構工程師
NO.6 Ansys Fluent 2026新功能介紹及行業應用
核心價值：GPU原生求解器性能提升40%+，內存節省25%；支持VOF多相流+能量方程、沸騰傳熱等復雜問題。
VOF + 能量方程（β）：支持溫度相關物性，沸騰、傳熱等復雜問題；傳熱與輻射：殼體導熱、滑移網格下 S2S 輻射、環境輻射模型等
3. 工程實用性與建模穩定性改進。新的 LES 壁面函數、k-ω SST / GEKO 近壁處理，對網格要求更友好
4. 自動化、Web UI 與 PyFluent 生態持續強化。
使用工具
Ansys Fluent, SpaceClaim
最終成果
通過研究應用Ansys Fluent，中興通訊建立了氣液兩相流沸騰蒸發與冷凝的仿真能力，可實現氣液流動可視化、散熱收益可評估。仿真優化了多個兩相散熱部件，并通過打樣實測驗證了散熱收益，助力產品性能提升、小型化、輕量化，正向設計同時也減少了多次打樣實測的時間、人力、費用成本。
同樣考察不同提取溫度對提取效率的影響，分別選擇20、40、60 ℃進行提取1 h試驗，隨著提取溫度增加，總體溶出物總量緩慢增加，但由于二氯甲烷沸點低（39.8 ℃），當60 ℃提取時，提取液沸騰，易引起提取管爆裂風險，且總體溶出物總量無明顯變化，故選擇提取溫度為40 ℃。
（組委會）陸亮（組委會）138（組委會）1821（組委會）9172（組委會）
展示范圍：
1.化工制藥專用干燥設備：真空、沸騰、冷凍、噴霧造粒干燥機；回轉、槳葉、旋轉閃蒸、
流化床干燥機；盤式、耙式、管束、滾筒、帶式干燥機等；食藥品專用烘箱、真空干燥箱、干燥滅菌烘箱、熱風循環烘箱、隧道烘箱等；提取、濃縮設備、粉碎、混合、篩分及輸送設備等；
2.環保及化工物料干燥設備
主要分類如下：
鼓泡流化床：氣流速度較低時，流體通過顆粒床層使顆粒懸浮，形成類似水沸騰時的氣泡，氣泡逐漸長大至一定尺寸后離開床層。這是最基本的流化床形式，操作穩定，適用于常壓操作。
湍流流化床：氣流速度較高時，床層中顆粒的運動更加劇烈和無規則，床層的湍動性增強，顆粒與氣體之間的混合更加充分。其傳熱和傳質速率高，適用于氣固相反應。
大容量磷酸鐵鋰電池的熱失控行為呈現三維傳播特性，熱失控期間其內部電解液沸騰使得傳熱行為復雜，制約了高安全電池設計。本文通過模型量化呈現了電解液吸熱相變后的傳熱傳質過程，通過實驗獲得了模型所需輸入，例如電池熱失控產熱量、產氣量、內部壓力、電解液相變吸熱參數、熱失控噴發質量流量及等。在模型與實驗結果對比中，電池正表面溫度的決定系數R2為0.9258，背表面溫度決定系數R2為0.9046。
PMS鋼表面耐蝕性高，在鹽酸溶液中加熱沸騰時，有極好的耐蝕性，腐蝕率只有2Cr13鋼的1/6~1/8。
★ （a-5）SM2模具鋼（Y20CrNi3 AlMnMo）
SM2 鋼屬含硫系中合金時效硬化易切削預硬鋼，它具有良好的綜合力學性能和加工工藝性能、優良的鏡面拋光性能，可滲氮。用于高精度模具。
SM2鋼中加入Al，在時效時可以析出硬化相Ni3Al。
廣泛應用于氣液兩相流動，如沸騰、噴霧干燥等過程。在噴霧干燥中，液滴在熱氣流中蒸發干燥，此時氣液兩相的相互作用對干燥效果和產品粒徑分布有重要影響，歐拉 - 歐拉模型可以模擬氣液兩相的速度場、溫度場和濃度場，為優化噴霧干燥工藝提供依據。
