冯留海， 聂永广， 王江云， 雷晓东， 王　娟， 毛　羽

(1.中国石油大学 重质油国家重点实验室， 北京 102249； 2.北京低碳清洁能源研究所， 北京 102209；3.新奥科技发展有限公司， 河北 廊坊 065001； 4.中机康元粮油装备(北京)有限公司， 北京 100083)

基于非平衡热力学模型的管内沸腾过程模拟

冯留海1,2， 聂永广1,3， 王江云1， 雷晓东4， 王娟1， 毛羽1

(1.中国石油大学 重质油国家重点实验室， 北京 102249； 2.北京低碳清洁能源研究所， 北京 102209；3.新奥科技发展有限公司， 河北 廊坊 065001； 4.中机康元粮油装备(北京)有限公司， 北京 100083)

摘要：为了更准确地模拟壁面沸腾过程，根据Lavievile非平衡热力学模型对沸腾流动的壁面热流率进行了划分，通过调节函数结合Sato模型修正了沸腾流动中的混合k-ε模型，建立了同时适用于管内过冷沸腾与整体沸腾流动阶段的曳力模型。使用上述模型对环状竖直管内沸腾流动过程进行数值模拟，计算结果与实验值吻合，可以用来模拟整个管内沸腾流动过程。数值模拟显示，沸腾流动可以明显增大管壁的传热系数，但当管壁处蒸气体积分数超过0.6时，会出现传热恶化现象。

关键词：沸腾流动； 非平衡热力学； 曳力模型； 传热系数； 数值模拟

管内沸腾流动是石油、化工、能源动力等工业领域的一种常见现象，例如石油化工行业常用的管式加热炉和管壳式换热器中的管内沸腾流动。沸腾流动可以显著提高管内传热效率，所以受到人们的广泛关注。早在20世纪60年代，Bartolomei等[1]就实验研究了空泡分率对垂直管内高压水沸腾过程的影响。……