臨界熱通量分析的案例
CFD學習：臨界熱通量
作者Cadence CFD 解決方案
關鍵要點
臨界熱通量是傳熱速率達到其最大極限的點。
臨界熱通量受加熱表面幾何形狀、熱通量、速度、壓力、溫度和表面條件等因素的影響。
預測臨界熱通量開始的準確性對于做出最大化流體系統傳熱能力所需的設計優化決策非常重要。
許多流體工程系統依靠高效的傳熱機制來確保系統性能和安全性的提高。這方面的一個例子是飛機系統，其中傳熱、溫度分布和熱應力的分析對于分析結構損壞和優化材料設計或用于空氣動力學安全的加熱/冷卻系統設計非常重要。
熱通量是流體系統熱分析中的一個重要參數，尤其是臨界熱通量。了解臨界熱通量的開始對于工程師做出有關最大化流體系統傳熱能力所需的設計優化的決策非常重要。
了解臨界熱通量和影響參數
臨界熱通量是流體系統中傳熱速率達到最大值的熱極限。超過這一點，由于蒸汽層的形成，熱傳遞率顯著下降，蒸汽層起到絕緣作用并阻止進一步的熱傳遞。
解釋臨界熱通量的一個簡單例子是沸騰過程。當鍋放在受熱表面上時，熱通量逐漸增加，導致鍋變熱，水最終沸騰。熱通量的進一步增加使沸騰過程更加劇烈。在熱通量值最大時，沸騰變得不穩定并導致形成一層氣泡。這是臨界熱通量的開始，由于與液體相比，蒸汽層的熱導率較低，因此傳熱率突然下降。
在臨界熱通量開始以上運行系統會導致過熱和故障。因此，該值的預測是設計和優化傳熱系統的重要部分。然而，有幾個參數會影響流體系統仿真中臨界熱通量的預測。
展開 管道內臨界熱通量沸騰
計算將考慮管道內臨界熱通量和干涸后傳熱的影響。管道的外壁是用恒定的熱流量加熱的。
計算域：圓柱直徑5mm，通道長度設為7m
兩相流：水連續相，水蒸氣為離散相
邊界條件：水流入流量為1495kg/m2/s，壁面熱通量為797000W/m2
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為9600。
計算設置
本次計算問穩態計算，湍流模型選擇RNG k-epsilon。考慮重力影響，選擇軸對稱計算。
物質屬性
計算物質設置為液態水和水蒸氣
多相流模型
選擇歐拉多相流模型，主相設為水，次相設為水蒸氣
邊界條件
設置管道下方水流入邊界條件
出口為壓力邊界條件
壁面邊界條件
計算結果
計算域液體體積百分比云圖
計算值與實驗值對比
溫度對比圖表
參考文獻
N. Hoyer, “Calculation of dryout and post-dryout heat transfer for tube geometry”, International Journal of Multiphase Flow, Vol 24, pp. 319-334, 1998
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