噴霧冷卻相變傳熱的建模與模擬計算

宋立業(yè), 羅曉光, 馬漢東, 陳思員, 俞繼軍

(1. 中國航天空氣動力技術(shù)研究院, 北京 100074; 2. 航天飛行器氣動熱防護實驗室， 北京 100074)

引 言

噴霧冷卻作為一種高效的熱控/散熱技術(shù), 能夠?qū)崿F(xiàn)高傳熱熱流和高傳熱系數(shù), 是當前的研究熱點. 文獻[1-4]報道了冷卻性能的實驗研究, 文獻[5-9]報道了噴霧冷卻性能的影響因素及其影響規(guī)律研究, 文獻[10-11]報道了噴霧冷卻性能的實驗關(guān)聯(lián)式研究, 文獻[12-16]報道了噴霧冷卻的強化傳熱研究. Liang等綜述了噴霧冷卻在單相模式、 相變模式、 臨界狀態(tài)中的機理認識與實驗結(jié)論, 是當前該領(lǐng)域最全面的系統(tǒng)綜述[17-18]. Pautsch等[19-20]研究了單相傳熱模式下的噴霧冷卻性能, 探索了噴嘴陣列的冷卻效果, 指出在多噴嘴噴霧中液膜流動狀態(tài)對冷卻性能影響很大. Zhou等[21]研究了水工質(zhì)的兩相噴霧冷卻實驗, 通過參數(shù)化規(guī)律研究指出噴霧流量是影響冷卻性能的最關(guān)鍵因素. Mudawar等[22-24]針對單相、 相變模式下的噴霧冷卻過程開展了實驗研究, 并提出了具有較廣泛適用范圍的傳熱實驗關(guān)聯(lián)式. 在眾多研究工作中, 針對噴霧冷卻性能的模擬計算方法鮮有報道. 當前, 噴霧冷卻技術(shù)的設計與應用過程均依賴于實驗關(guān)聯(lián)式, 而實驗關(guān)聯(lián)式的預測適用范圍受到實驗數(shù)據(jù)獲取條件的制約. 發(fā)展具有普適性的噴霧冷卻模擬方法需要針對噴霧冷卻過程中的傳熱機理進行模化.

噴霧冷卻過程中的基本傳熱現(xiàn)象存在時間尺度小、 長度尺度小等特征, 這給直接實驗測量……