重力热管的两相流及传热极限分析

重力热管的两相流及传热极限分析第一页，共十五页，编辑于2023年，星期三

重力热管的两相流动及携带

传热极限分析蒋爱华

中南大学能源科学与工程学院第二页，共十五页，编辑于2023年，星期三

A.Heatisabsorbedintheevaporatingsection.B.Fluidboilstovaporphase.C.Heatisreleasedfromtheupperpartofcylindertotheenvironment;vaporcondensestoliquidphase.D.Liquidreturnsbygravitytothelowerpartofcylinder(evaporatingsection).图1重力热管示意图第三页，共十五页，编辑于2023年，星期三带毛细吸液芯的一般热管

第四页，共十五页，编辑于2023年，星期三

图2内有毛细吸液芯的一般热管结构及原理示意图带毛细吸液芯的一般热管第五页，共十五页，编辑于2023年，星期三反重力热管

图3反重力热管结构及原理示意图第六页，共十五页，编辑于2023年，星期三2.闭式重力热管内的两相流动及携带传热极限

重力热管携带传热极限的产生，是由于蒸汽和液膜逆向流动在分界面上出现切应力而引起的。显然，轴向热管密度愈大，轴向蒸汽流速愈大，分界面切应力也愈大，携带传热极限更易发生。因此，携带传热极限也是对重力热管轴向热流密度的一种限制，它与沸腾极限一样，是重力热管的一种主要工作极限。第七页，共十五页，编辑于2023年，星期三2.1携带极限的两相流动物理模型

汽和液的界面扭曲模型

由于液流中的局部激波，使得逆向流动的蒸汽和液体之间的界面扭曲，如图4所示，在液体和蒸汽两方面产生一个分压力，该压力通过界面的表面张力与离心力平衡。首先考虑蒸汽侧的离心力

第八页，共十五页，编辑于2023年，星期三

图4热管内汽—液界面几何形状示意图第九页，共十五页，编辑于2023年，星期三

由于波长相对于液膜厚度是很大的，所以沿轴向流动的曲率半径是：第十页，共十五页，编辑于2023年，星期三

表面张力：

压力平衡式为：第十一页，共十五页，编辑于2023年，星期三2.2光滑壁面的携带传热极限

对于热管内表面是光滑的情况，蒸汽惯量比液体惯量大。假定环绕热管内表面的液体的分布均匀的，而且是薄的，在这种条件下，蒸汽力对液体-汽界面有最大的影响，忽略（10）式中的液体惯量，则变为：汽和液的界面扭曲模型结果（16）第十二页，共十五页，编辑于2023年，星期三汽液一维稳态两相流动模型

（忽略蒸汽的可压缩性和下降液膜厚度）

汽液逆向流动中稳定性的破坏模型（17）（18）第十三页，共十五页，编辑于2023年，星期三3.重力热管的携带传热极限及与沸腾烧毁极

限的比较分析

现采用以上的公式（16）、（17）、和（18）分别计算一定结构的热管在一定工作条件下的携带传热极限。取热管内径di=20mm,工作温度为100、150、200℃。计算结果见表1。

表1不同关联式计算的热管携带极限工作温度100℃工作温度200℃由式（16）得Qe,maxkw6.65718.032由式（17）得Qe,maxkw2.94311.613由式（18）得Qe,maxkw4.51612.232当工作温度为200℃时，蒸发段长度分别取0.1、0.5、1.0m，热管的沸腾传热烧毁极限分别为Qb,max=11