气泡脱离直径

气泡脱离直径确定气泡离开成核点时的直径。

这是在过冷沸腾中确定蒸发率的三个因子中的第二个(请参见 Eqn. (2110))。下图说明了此参数:



为计算气泡脱离直径,实施了以下方法:

  • Tolubinsky Kostanchuk – 基于液体过冷的相关性。
  • Kocamustafaogullari – 基于气泡脱离力平衡的相关性,使用介于 0.067 和 141.87 bar 之间的汽-水数据进行校准。
  • Unal - 适用于低压和高压沸腾情景。

可以研究标准子模型和用户子模型的各种组合,但以下两种组合均可合理估计蒸发率:

  • Tolubinsky Kostanchuk 气泡脱离直径模型与 Lemmert Chawla 成核密度模型结合使用。
  • Kocamustafaogullari 气泡脱离直径与 Hibiki Ishii 成核密度模型结合使用。

默认选项是使用 Tolubinsky Kostanchuk 脱离直径,取决于默认成核密度子模型。

Tolubinsky Kostanchuk 方法

Tolubinsky Kostanchuk 模型 [556] 基于液体过冷关联气泡脱离直径:

1. EQUATION_DISPLAY
dw=d0exp[-ΔTsubΔT0]
(2150)

其中:

  • d0 为参考直径,默认值为 0.0006 m
  • ΔT0 为参考过冷,默认值为 45
  • ΔTsub 为近壁液体过冷:
2. EQUATION_DISPLAY
ΔTsub=Tsat-Tl
(2151)
Kocamustafaogullari 方法

正如 Hibiki 和 Ishii 所提到的那样[473],通常将室温值用于工作流体与表面之间的接触角。实际上,整体模型标定中的其他位置与温度相关。

Kocamustafaogullari 模型 [487] 根据重力和表面张力之间的力平衡关联脱离直径,通过密度比进行修正,使其可用于各种各样的压力。此模型计算如下:

3. EQUATION_DISPLAY
dw=d1θ(σgΔρ)0.5(Δρρg)0.9
(2152)

其中:

  • d1 为标定常数,默认值为 1.5126x10-3 米/弧度(2.64x10-5 米/度)
  • θ 为工作流体的壁面接触角,默认值为 0.722 弧度(41.36o),此值适用于供水系统
  • σ 为表面张力
  • g 为重力加速度
  • Δρ 为液相和气相之间的密度差
  • ρg 为蒸汽相密度
Unal 方法

Unal [561] 提出了半机械气泡脱离直径模型,用于水的过冷泡核沸腾流。该模型假设气泡在气泡底部同时发生微层蒸发,并在顶部冷凝。当气泡达到最大尺寸时,它将脱离加热壁面。气泡脱离直径受压力、壁面材料、壁面过热和局部液体过冷影响。

此模型适用于低压和高压条件下相对较大的气泡。

4. EQUATION_DISPLAY
dw=2.42×105P0.709abϕ
(2153)

其中:

5. EQUATION_DISPLAY
a=TwTsat2λlgρgkwρwcpwπb=ΔTsub2(1ρg/ρl)ϕ={(vl/v0)0.47vlv01vl<v0}
(2154)

和:

  • dw 为气泡脱离直径
  • P 为局部压力
  • Tw 为壁面温度
  • Tsat 为过热温度
  • kw 为壁面材料的导热率
  • cpw 为壁面材料的比热
  • λlg 为潜热。
  • ΔTsub 为过冷温度
  • ρl 为液相密度
  • vl 为壁面附近的液体速度
  • v0=0.61 m/s