垂直圓管中倒置環狀薄膜沸騰之熱傳模式

Abstract

本文探討垂直圓管中, 倒置環狀薄膜沸騰的二維熱傳模式。常見於緊急冷卻的系統中 , 包括核能、航太……等方面。這個模式除了計算氣膜、液體的動量與能量傳遞外 , 也包含液面的蒸發、波動的效應及管壁的熱傳導……等現象。而對於液面的蒸發導致 交界面的變化, 則採用座標轉換來固定。在這個模式中, 將要探討管壁溫度、氣膜及 液體交界面溫度、空洞比、和熱傳係數沿著軸向的變化。同時為了能深入了解流體在 管中的流動方式與溫度分佈情形, 內部流場和溫度場的觀察也在討論之中。 模式中的熱傳係數一直很複雜, 其變因包括入口質通量、壁端熱通量、入口過冷度和 管壁厚度……等。由有限差分法一起解液相、氣相及交界面的微分方程式, 得知較明 顯的液面蒸發速率和氣膜加速現象, 發生在低的入口質通量、較高的壁端熱通量、小 的入口過冷度和較薄的管壁厚度。 於是藉由上述的探討, 熱傳係數成為包含入口質通量、壁端熱通量、入口過冷度及管 壁厚度的一個輸出組合。也改善了往昔這領域的研究, 包括熱傳係數是個輸入值、一 維模式、液體與氣膜分開解及忽略氣膜厚度的改變……等。對於物理現象的了解更有 助益。