竖直通道内饱和蒸汽凝结换热数值模拟

在依靠自然循环驱动的小型模块化反应堆主回路以及反应堆非能动安全系统中,冷凝换热是热交换过程的重要一环,因此对冷凝换热过程的深入研究和分析对提升换热效率、保障堆芯安全至关重要。该文基于格子Boltzmann方法,采用伪势模型,模拟研究了二维通道内静止饱和蒸汽在凝结过程中的流动和换热特性。结果表明：蒸汽冷凝会自发驱动蒸汽流动,蒸汽质量流速与通道宽度和凝结过程中的热流流量有关,保持壁面温度和通道宽度恒定状态下,液膜发展阶段壁面热流较大时,蒸汽质量流速增长较快;通道较窄时,入口处蒸汽平均质量流速初期增速较快但迅速达到稳态,通道宽度为150时的稳态入口平均质量流速约是通道宽度为500时的80.0%。对接触角的分析表明：亲水壁面上的液膜厚度受壁面亲水程度影响较小,壁面接触角为51°时出口处液膜厚度与接触角为72°时的相等。普通疏水壁面上珠状凝结难以维持,被液膜覆盖后相较于亲水壁面传热速率较慢,液膜滑移出计算域之前,壁面接触角为127°时壁面平均热流密度最大值约是接触角为51°时的75.8%,并随液膜滑移逐渐降低,但液膜受重力去除后再形成的过程能在一定范围内强化传热速率。