基于格子Boltzmann方法的毛細(xì)管節(jié)流相變特性研究.pdf

1、毛細(xì)管是小型制冷空調(diào)設(shè)備的重要節(jié)流元件。目前，廣泛應(yīng)用于制冷量小于10kW的小型制冷裝置中。毛細(xì)管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但管內(nèi)兩相流動(dòng)過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜。以往的研究雖然積累了不少相關(guān)性的經(jīng)驗(yàn)，但由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，關(guān)于毛細(xì)管內(nèi)節(jié)流相變的細(xì)節(jié)很少涉及。管內(nèi)兩相流動(dòng)仍然缺乏全面的認(rèn)識(shí)，因此對(duì)毛細(xì)管節(jié)流相變流動(dòng)特性的研究還有許多工作要做。
　　基于此背景，本文運(yùn)用格子Boltzmann方法作為數(shù)值模擬手段模擬毛細(xì)管節(jié)流相變流動(dòng)過(guò)程。通過(guò)將描述氣液兩相的自

2、由能模型與格子Boltzmann熱模型耦合，建立了一種新的描述氣液相變的非等溫格子Boltzmann模型。并根據(jù)數(shù)學(xué)模型，編寫(xiě)C++計(jì)算程序。模擬中以已有R600a實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為參考，通過(guò)分析設(shè)置算例中不同的計(jì)算條件，包括數(shù)學(xué)模型中相關(guān)參數(shù)的設(shè)定、壓力分布、速度分布和邊界處理格式的處理，最后得出最優(yōu)模擬條件。
　　本文模擬計(jì)算域?yàn)?.692mm×0.692mm×69.2mm，0.692mm×0.692mm×103.8mm兩種不同管徑比

3、的三維矩形毛細(xì)管。模擬給出了毛細(xì)管流動(dòng)過(guò)程中流場(chǎng)的密度、溫度、壓力、速度等物理參量的分布情況，從更細(xì)微的角度研究相變過(guò)程。模擬結(jié)果表明:管內(nèi)壓降是驅(qū)動(dòng)毛細(xì)管流動(dòng)相變的重要因素，壓降越大，相變程度越大。相變發(fā)生前，管中部溫度高，存在較大的過(guò)熱度，有利于液體成核，故在管中部相形成低密度區(qū)，并在低密度區(qū)開(kāi)始發(fā)生相變。發(fā)生相變后，管中的氣體迅速增多，管內(nèi)由初期分布的小塊氣團(tuán)發(fā)展成貫穿管中部的長(zhǎng)氣柱。最后出現(xiàn)環(huán)狀流流型，在小型制冷裝置中證實(shí)毛細(xì)管