熔盐浸没射流冲击传热的数值模拟

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射流冲击传热作为一种高效的强化传热方式,具有极高的传热效率。射流冲击传热技术已广泛应用于冶金、叶片冷却及电子器件冷却等过程中。熔盐以适用温度范围广、蒸汽压低、稳定性好、经济性好等优点而受到人们的重视。熔盐作为高温传热工质具有优异的热物性,而射流冲击作为最高效的传热方式具有广阔的应用背景,高温熔盐与射流冲击的结合不仅拓宽高温传热领域的温度范围,而且将进一步促进强化传热技术的发展和应用。因此,在已有熔盐传热研究的基础上,本文使用Fluent软件首次进行了熔盐浸没射流冲击传热的数值模拟。  首先,进行了熔盐浸没层流射流冲击传热的数值模拟。层流浸没射流冲击的数值模拟较为简单,直接对连续性方程、动量方程和能量方程进行求解即可。为了考察熔融盐特性对传热效率的影响,选择两种有代表性的熔盐(三元Hitec和四元混合盐)进行计算。比较了熔盐的驻点努谢尔特数Nu随雷诺数Re和普朗特数Pr的变化,并与常规的水射流冲击传热结果进行对比,结果表明:熔盐粘度较水高,但表现出更好的射流冲击传热性能,极适于作为高温条件下的传热工质。进而模拟了射流喷射距离和横向位置对换热性能的影响,为熔盐射流冲击传热特性的深入研究提供参考。  其次,进行了熔盐浸没湍流射流冲击传热的数值模拟。湍流射流冲击因在驻点区速度变化剧烈和湍流度增强而使模拟难度增大。比较了传统湍流模型的优缺点,针对射流冲击的特点,确定以V2F模型进行计算。以水为工质,分析了喷嘴直径对驻点传热的影响;随后以Hitec熔盐为工质,模拟了Re的变化对湍流射流冲击传热的影响,并与传统工质水进行比较,分析其传热性能差异的原因,得到了驻点传热的拟合关联式,与经验关系式进行比较,偏差均在10.6%以内。结果表明,熔盐浸没射流冲击在高温条件下具有良好的传热性能,因此可以作为高温射流冲击冷却工质。  最后,搭建了熔盐射流冲击传热实验台。由于熔盐高温运行的特殊性,在综合考虑耐温、耐腐蚀、管道防冻堵等问题的基础上,进行了设备选择和系统搭建,并对实验台进行初步测试,为后续的实验研究奠定基础。
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