ⓒ应用数学和力学编委会，ＩＳＳＮ１０００⁃０８８７ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｐｐｌｍａｔｈｍｅｃｈ．ｃｎ多孔介质孔隙率对池沸腾传热性能影响机理的模拟研究∗何树，娄钦（１．上海理工大学能源与动力工程学院，上海２０００９３；２．上海理工大学上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海２０００９３）摘要：采用介观相变格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ（ｌａｔｔｉｃｅＢｏｌｔｚｍａｎｎ，ＬＢ）方法，在孔隙尺度下研究了多孔介质的孔隙率对池沸腾换热过程的影响，重点分析了不同孔隙率时气泡的运动过程，并对气泡在多孔介质中的典型状态进行了力平衡分析，进而探究了多孔介质孔隙率影响沸腾传热的机理．结果表明，与无多孔介质的平板表面相比，多孔材料能够有效地降低初始成核的壁面过热度，增强流体的扰动，并且能够显著提升临界热流密度（ｃｒｉｔｉｃａｌｈｅａｔｆｌｕｘ，ＣＨＦ）值．在所研究的工况中，孔隙率ε＝７３．２％时，ＣＨＦ值提升最大，约为平板的３．６倍，其余孔隙率的多孔介质最小也可将其ＣＨＦ值提升至平板的２．３倍．研究发现，当孔隙率从９７．７％开始逐渐减小时，ＣＨＦ值逐渐增大，同时沸腾换热曲线向左上方移动，这是因为减小孔隙率能够增大有效换热面积，减小气泡成核的壁面过热度，从而强化沸腾换热．当孔隙率减小到ε＝７３．２％时，若继续减小孔隙率，热流密度将突然下降，沸腾传热性能显著降低．通过对沸腾过程中气泡的受力进行分析后发现，当孔隙率较小时，过小的孔隙直径显著增大了气泡的逸出阻力，降低了气泡的上升速度，延长了气泡脱离多孔介质的时间，且此时气泡会在蒸发动量力、接触压力以及摩擦力等的共同作用下聚集在加热器上表面，形成气膜，从而恶化沸腾传热．关键词：多孔介质；池沸腾换热；气泡动力学；孔隙率中图分类号：Ｏ３５７．４１文献标志码：ＡＤＯＩ：１０．２１６５６／１０００⁃０８８７．４４０２１２ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｔｕｄｙｏｆＰｏｒｏｓｉｔｙＥｆｆｅｃｔｓｏｆＰｏｒｏｕｓＭｅｄｉａｏｎＰｏｏｌＢｏｉｌｉｎｇＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓＨＥＳｈｕ，ＬＯＵＱｉｎ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９３，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｇｈａｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔ...
