沿程加热式气泡泵最佳热流密度预测

发布时间：2025-07-08 23:52

　　 气泡泵是无泵制冷循环的核心部件,热流密度是影响气泡泵运行的重要参数之一,在实际运行中与进口流量之间存在耦合关系。利用两相流理论建立三维气泡泵两流体模型,通过文献实验数据验证了本文模型的正确性。以1atm下饱和水为工质,采用CFX-19模拟研究热流密度对于出口液相表观速度的影响。结果表明出口液相表观速度随热流密度的增大先增大后减少,存在一个最佳热流密度。通过模拟不同管径和进口质量流量的气泡泵,发现最佳热流密度与进口质量流量存在二次函数关系,与管径成一次函数关系。而最小热流密度只与管径成二次函数关系。最佳、最小热流密度的预测对于气泡泵实际运行有一定的参考价值。

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【部分图文】：

图1 气泡泵运行原理的示意图

气泡泵是无泵制冷循环中的动力之源，仅仅靠一根垂直管内生成的气液两相流动就可以为整个循环提供驱动力，将制冷剂从低位储液器提升到高位储液器，如图1。由于此特性，气泡泵具有低品位能源（太阳能、废水余热等）驱动，无活动部件，系统相对稳定，噪声低的优点。因此，气泡泵受到国内外学者的关注。气....

图2 模型简化示意图

由于所研究的气泡泵为垂直圆管的形状，相对于中心线轴对称，可以假定在圆周方向上物性参数梯度为零。另外，为了减少网格数量，降低计算量，将取1/4垂直圆管为计算域，在两个切面上设置对称边界条件以模拟整根垂直管，管壁厚度忽略，简化模型如图2。采用ANSYS中的ICEMCFD软件对模型划....

图3 进口处网格划分示意图

图2模型简化示意图管道入口处的质量流量和温度指定为均匀分布，出口设定压力边界条件。考虑到壁面上气泡生成过程中存在滑移现象而不受剪切力作用，而液相在边界层满足无滑移条件。表1为气泡泵模拟的参数。

图4 与实验结果对比

最终采用以上模型对气泡泵泵内流动沸腾进行模拟分析，为了验证模型的有效性，将利用所建立的模型分别对孙奇[14]和C.C.Bartolemei[15]的实验方案下进行数值模拟，并分别将模拟得到的空泡份额分布结果与文献中的结果进行对比。文献工况如表2所示，对比结果如图4所示。与孙奇实验....

本文编号：4056812