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第18卷第4期强激光与粒子束V o l.18,N o.4 2006年4月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM S A p r.,2006文章编号:1001-4322(2006)04-0685-04高压火花隙开关中气体冷却的数值模拟*吕治辉,杨建华,张建德(国防科学技术大学光电科学与工程学院,长沙410073)摘要:高温气体的冷却对火花隙开关的重复运行具有重要的影响。
利用流体方程、热传导方程和理想气体状态方程构建的方程组,对火花隙开关中高温气体冷却的过程进行了数值模拟。
分析了气体导热系数、粘性系数、对流及气体压强等要素对气体冷却速度的影响,得到了气体冷却的基本规律:火花隙开关内气体的冷却以传导为主;若不采用其他手段,气体在十几m s内冷却较困难;对流的作用经数十m s后才显著;气体的粘性系数对气体冷却的影响可以忽略。
可以通过选用导热系数高的气体,优化电极结构或采用吹气方法提高气体冷却速度的办法。
关键词:火花隙开关;重复运行;气体冷却;数值模拟中图分类号:T N242文献标识码:A气体火花隙开关结构简单,具有导通快、工作电压范围宽、导通电流大等特点,在高电压领域很早就被广泛应用。
近年来随着微波源、臭氧发生器、高功率气体激光器、冷等离子体处理等技术的发展,急需高重复频率的脉冲功率电源,而开关是这些重复频率的脉冲功率设备中最关键的器件之一[1]。
一般情况下,恢复特性的限制使得气体火花隙开关在不吹气时最高重复频率仅数十H z[2]。
国内外的研究普遍认为开关导通时产生的等离子体和高温气体是影响开关恢复速度的主要因素,后者尤为重要,温度影响的实质是气体分子密度的影响[2-3]。
自20世纪60年代起,国内外就对火花隙开关内气体的冷却作了大量的实验研究,对于理论上的分析,由于方程组的复杂性,一般只限于对传导的讨论[4-5]。
气体火花隙开关中等离子体的密度通常远小于气体分子数密度,因此等离子体对气体冷却的影响是微不足道的。
管内过冷流动沸腾CFD模型参数敏感性研究
尚泽敏;杨立新;袁小菲;刘伟;刘余;蒋汀岚
【期刊名称】《原子能科学技术》
【年(卷),期】2022(56)3
【摘要】采用CFD方法对燃料组件进行过冷流动沸腾数值模拟研究是反应堆热工水力分析的一项重要内容。
本研究使用STAR-CCM+基于欧拉双流体模型结合壁面沸腾模型对管内过冷流动沸腾进行数值模拟,得到了壁面温度、主流温度及空泡份额的分布。
基于实验结果对网格模型、湍流模型、壁面沸腾模型及相间作用力模型的参数设置进行了敏感性分析。
研究结果表明,对于欧拉双流体模型,并非网格量越多结果越准确,加热面第1层网格的高度对结果影响显著。
湍流模型和曳力模型对计算结果影响较小,非曳力中的湍流耗散力及升力对结果影响较大。
Li Quan或Hibiki-Ishii汽化核心密度模型与Kocamustafaogullari气泡脱离直径模型组合对壁面温度及空泡份额的计算较准确。
本研究可为反应堆燃料组件内过冷流动沸腾数值模拟提供参考依据。
【总页数】10页(P457-466)
【作者】尚泽敏;杨立新;袁小菲;刘伟;刘余;蒋汀岚
【作者单位】北京交通大学机械与电子控制工程学院;中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TL33
【相关文献】
1.垂直下降流动管内过冷沸腾的实验研究
2.泡核沸腾两相CFD模拟的参数敏感性分析与模型验证
3.用CFD方法评价低压过冷沸腾相间传递模型
4.竖直圆管内液氮过冷流动沸腾数值模拟研究
5.受热管内流动过冷沸腾的研究
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高温高速湍流流动理论解释及数值模拟方法一、引言高温高速湍流流动是指介质在高温和高速条件下出现湍流现象的流动过程。
这种流动现象在航空航天、能源转化、燃烧和化学反应等领域中具有重要的应用，但也面临着诸多挑战。
理解高温高速湍流流动的机理以及采用合适的数值模拟方法来模拟这些流动过程对于相关领域的研究和工程应用至关重要。
二、高温高速湍流流动理论解释高温高速湍流流动的理论解释涉及到湍流的起源、湍流的统计性质以及湍流的能量传递过程。
目前存在多种湍流理论模型，如光照湍流理论、能量谱理论和动能传输理论等。
湍流的起源主要是由于流动中的速度梯度引发的不稳定性产生的。
在高温高速条件下，速度梯度的变化更加剧烈，从而使得流动更易产生湍流现象。
湍流的统计性质包括宏观观测量和微观观测量。
宏观观测量可以通过湍流动能的分布和统计参数来描述，而微观观测量则需要了解湍流中的小尺度结构和统计信息。
湍流的能量传递过程是湍流能量从大尺度向小尺度传递的过程。
这一过程可以通过湍流的能谱来描述，能谱将湍流能量和空间尺度联系起来。
对于高温高速湍流流动，湍流能量的传递过程往往更为复杂，需要采用适当的数值模拟方法来加以分析。
三、数值模拟方法在研究高温高速湍流流动时，数值模拟方法是一种非常有效的手段。
常用的数值模拟方法包括直接数值模拟（DNS）、大涡模拟（LES）和雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS）等。
直接数值模拟（DNS）是一种精确模拟湍流流动过程的方法，可以完全解析湍流中的小尺度结构。
然而，由于高温高速湍流流动的复杂性，直接数值模拟的计算量较大，需要高性能计算设备的支持。
因此，直接数值模拟在实际工程应用中的局限性较大。
大涡模拟（LES）是一种介于直接数值模拟（DNS）和雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS）之间的方法。
在LES中，较大尺度的湍流结构直接求解，而较小尺度的结构则通过子网格模型来模拟。
这种方法可以在更小的计算量下获得湍流流动的一些重要特征。
基于MUSIG模型的低温流体过冷沸腾数值模拟
文键;王斯民;厉彦忠
【期刊名称】《化学工程》
【年(卷),期】2010(38)11
【摘要】在低温泡状流中,鉴于液相中离散的气泡尺寸大小不一,文中将MUSIG模型应用于低温流体过冷沸腾计算中.通过模拟液氮在竖直圆管内过冷流动沸腾过程,对各尺寸组气泡的分布、轴向空泡份额的分布规律及流动不稳定性进行了分析.计算结果表明:各尺寸组气泡在壁面和中心区呈现不同的分布规律;平均空泡份额沿轴向呈非线性递增变化;由于流型的转变,管内压降将出现突变.
【总页数】5页(P22-26)
【作者】文键;王斯民;厉彦忠
【作者单位】西安交通大学,能源与动力工程学院,陕西,西安,710049;西安交通大学,能源与动力工程学院,陕西,西安,710049;西安交通大学,能源与动力工程学院,陕西,西安,710049
【正文语种】中文
【中图分类】TK124
【相关文献】
1.垂直通道内低温液体过冷流动沸腾传热的数值预测模型 [J], 李祥东;汪荣顺;石玉美
2.液氮过冷流动沸腾数值模拟中的双法流体模型 [J], 李祥东;周丽敏;汪荣顺;杨燕
华
3.高压流体过冷流动沸腾的数值模拟 [J], 孙霖;姜勇;周爱民;陈剑
4.基于双流体模型的液氢流动沸腾数值模拟 [J], 匡以武;孙礼杰;王文;耑锐;张亮
5.基于两流体模型的流动沸腾瞬态数值模拟程序 [J], 任志豪;匡波;胡尚武
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CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第8期·2892·化 工 进展制冷工质流动沸腾数值模拟中源项模型的研究进展邵亚伟，邓帅，苏文，赵力，卢培，赵东鹏（天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室，天津 300072）摘要：作为描述流动沸腾过程物理现象的核心，源项在流动沸腾的数值模拟研究中起着至关重要的作用，主要体现在：①反映流动沸腾过程的传热、传质机理；②描述沸腾传热、两相流动特征；③影响数值计算稳定性。
源项模型的准确性、适用性及稳定性对于制冷工质流动沸腾机理的数值研究具有重要意义。
本文通过文献综述的方法，对现有源项模型进行了梳理。
首先从源项在数值模拟中的角色入手，对现有针对流动沸腾数值模拟的源项模型进行归纳；其后分别从纯工质、混合工质两方面对源项模型的研究进展进行具体综述，分析了典型模型（如动力学模型、标量场模型、扩散模型等）的优缺点；同时对源项模型的典型验证方法进行系统总结，包括标准模型验证法、实验验证法。
在此基础上，指出了流动沸腾数值模拟中源项模型的发展方向。
关键词：气液两相流；数值模拟；源项；模型；制冷工质中图分类号：TB61+1；O552.6 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）08–2892–12 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2176Research progress on source models for numerical simulation of flowboiling of refrigerantSHAO Yawei ，DENG Shuai ，SU Wen ，ZHAO Li ，LU Pei ，ZHAO Dongpeng（Key Laboratory of Efficient Utilization of Low and Medium Grade Energy, Tianjin University,Tianjin 300072, China ）Abstract ：As the core of describing physical phenomena in flow boiling process, source term plays an important role in numerical simulation of flow boiling, which is mainly reflected in ：①being derived from the heat and mass transfer mechanisms of the flow boiling process; ②describing boiling heat transfer, two-phase flow characteristics; ③influencing numerical calculation stability. It is of great importance to maintain accuracy, applicability and stability of the source models for numerical study on flow boiling mechanism of the refrigerant. Therefore, the existing source models through the literature review method were sorted out in this paper. Firstly, the source models were reviewed for the numerical simulation of flow boiling according to the roles of source term in the numerical simulation. Then, the research progress of the source models was presented for the pure and mixed working fluids respectively. The pros and cons of classical models such as kinetic model, scalar field model, diffusion model were discussed. Thereafter, typical verification methods of these source models were systematically summarized from the aspects of standard model and experimental verification. On these bases, the development direction of source models for numerical simulation of flow boiling was clearly pointed out.Key words ：gas-liquid flow ；numerical simulation ；source term ；model ；refrigerant流动沸腾数值模拟。
高压加热器的数值模拟及性能预测研究高压加热器是一种用来加热高压流体的设备，广泛应用于化工、石油、电力等行业。
通过数值模拟和性能预测研究，可以准确了解高压加热器的运行状态和性能特点，对其设计和优化提供依据。
数值模拟是通过计算机仿真来模拟高压加热器的流体运动、热传递和传热特性的过程。
首先，需要建立高压加热器的几何模型，并确定计算区域的边界条件。
然后，根据流体力学和传热学的基本方程，采用数值求解的方法，如有限元、有限差分或有限体积法，对流体的运动和热传递进行模拟。
最后，根据模拟结果进行数据分析和性能预测。
性能预测是基于数值模拟的结果，通过分析关键参数的变化和相互关系，来预测高压加热器在不同工况下的性能表现。
首先，通过模拟得到高压加热器内部的温度、压力和流速等参数的分布情况。
然后，根据这些参数的变化规律，结合设计要求和工况条件，对高压加热器的性能进行评估和预测。
包括热效率、传热系数、温度均匀性等性能指标的预测。
数值模拟和性能预测研究对于高压加热器的设计、改进和优化具有重要意义。
通过数值模拟，可以实现对高压加热器内部流场、温度场和压力场的全面观测，了解传热和流体力学行为。
同时，可以通过数值模拟中的参数敏感性分析，找到影响高压加热器性能的关键因素，进行针对性的优化设计。
性能预测则可以帮助工程师和设计师预估高压加热器的性能表现，为采购、运营和维护决策提供依据。
在数值模拟和性能预测研究中需要注意的是，模型的建立和边界条件的确定应当准确反映实际工况，模拟的计算方法应当合理可靠。
同时，模拟结果和性能预测的准确性与精度也需要经过验证和验证。
通过与实测数据的对比，可以评估数值模拟的可靠性，并通过实验验证来修正模型和方法的不足之处。
除了数值模拟和性能预测，未来可以考虑结合机器学习和人工智能的方法，通过大量实测数据和模拟结果的对比分析，建立高压加热器的性能预测模型。
这样可以更精确地预测高压加热器在不同工况下的性能表现，为优化设计和运营管理提供更加可靠的依据。
水沸腾相变过程的数值模拟明哲【摘要】为了解沸腾换热的机理,掌握相变换热的数值模拟方法,本文分别对大容器沸腾和竖直通道内的强制对流沸腾进行了数值模拟.通过定义汽液两相的质量传递和能量传递,计算得到了速度场、压力场、温度场和蒸汽体积比例分数等参数的分布情况.结合沸腾换热理论和模拟结果,分析了两种不同情况下水的沸腾换热过程.【期刊名称】《吉林农业科技学院学报》【年(卷),期】2014(023)003【总页数】4页(P85-88)【关键词】数值模拟;相变;沸腾;UDF【作者】明哲【作者单位】吉林农业科技学院机械工程学院,吉林132101【正文语种】中文【中图分类】TK1241 引言沸腾传热主要以液相变为汽相时的汽化潜热方式传递热量，能以较低的过热度获得高传热系数。
许多沸腾换热设备需要强化工质来换热，以提高沸腾临界热负荷和提高设备安全性能。
因此，研究沸腾传热机理及相关强化技术，对于节能、新能源利用及安全生产等均具有重要意义。
沸腾换热是换热现象中影响因素最多，最复杂的换热过程，因此掌握沸腾换热的数值模拟方法，对研究沸腾换热过程有重要的指导意义，沸腾分为大容器沸腾和强制对流沸腾。
本文利用多相流混合模型，采用数值方法模拟了两种沸腾换热状态，计算过程中考虑相变过程中汽液两相的质量传递和能量传递，通过自定义函数UDF定义汽相、液相和混合相的能量源项，计算得到了速度场、压力场、温度场和蒸汽体积比例分数等参数的分布情况。
结合沸腾换热理论和模拟结果，分析了两种不同情况下水达到饱和状态时的沸腾换热过程。
2 研究对象数值模拟求解的问题如图1和图2所示，图1模拟大容器沸腾，初始时刻，容器中含有水，其温度接近沸点，容器底部固体壁面温度高于饱和温度，换热过程中，容器内水温逐渐升高并超过饱和温度，液态水发生沸腾，产生的汽泡自由浮升，使容器内的水发生流动，壁面温度不同，即壁面过热度（壁面温度与液态水饱和温度之差）不同时，沸腾状态也不同。
Vol. 53 , No. 11Nov . 2019第53卷第11期2019年11月原子能科学技术AtomicEnergyScienceandTechnology基于OpenFOAM 的过冷流动沸腾数值模拟秦浩，王明军，李林峰,田文喜，苏光辉,秋穗正"(西安交通大学陕西省先进核能技术重点实验室，动力工程多相流国家重点实验室，陕西西安710049)摘要：过冷流动沸腾现象被广泛应用于工业生产和动力系统中，对该现象的准确预测是两相流CFD 模拟的重要研究方向％本文详细阐述了该模拟过程中的欧拉两流体模型及相关辅助模型，基于开源CFD 平台OpenFOAM,模拟了 4.5 MPa 下竖直圆管内的过冷流动沸腾，得到了截面空泡份额、液相平均温度及壁面温度沿轴向的分布％计算结果与实验值符合良好，说明了模型的有效性和程序的正确性％本文 可为在OpenFOAM 中添加新的模型及开发新的求解器以模拟过冷流动沸腾问题提供参考％关键词:OpenFOAM ；过冷流动沸腾;数值模拟中图分类号：TK121文献标志码:A 文章编号：10006931(2019)11215705doi ：10. 7538/yzk. 2018. youxian. 0734Numerical Simulation of Subcooled Flow BoilingBased on OpenFOAM PlatformQIN Hao , WANG Mingjun , LI Linfeng , TIAN Wenxi , SU Guanghui , QIU Suizheng "(.Shaanxi Key Laboratory of Advanced Nuclear Energy and Technology ,State Key Laboratory of Multiphase Flo: in Poxver Engineering ,XHn Jiaotong University , Xi/n 710049 , China)Abstract : Subcooled flow boiling is widely utilized in industrial production and powerplant Accurateprediction of this phenomenon is an important research field oftwophaseflow CFD simulation Eulerian-Euleriantwofluid modelandrelevantauxiliarymodelswereclarifiedinthispaper The subcooled flow boiling in a vertical heated tube under4.5 MPa wassimulated based on OpenFOAM platform !theopensourceplat-form The void fraction !fluid averagetemperature and the wa l temperature were obtained Thesimulationresultsagreewe l withtheexperimentaldata !i l ustratingthevalidity of the models and the prediction capacity of the code Thispaper mayprovidevaluablereferenceforsimulationofsubcooledflow boilingbasedon OpenFOAM plat form by adding new models or developing new solvers.Key words ： OpenFOAM ； subcooled flow boiling ； numerical simulation收稿日期20180927；修回日期：2019-03-10基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项目(11705139)作者简介:秦 浩(1995-),男，山东济南人，硕士研究生，核能科学与工程专业"通信作者：秋穗正，E-mail ： szqiu@mail. xjtu. edu. cn网络出版时间 2019-04-04；网络出版地址:http :#kns. cnki. net/kcms/detail/11. 2044. TL. 20190403. 1020. 008. html2158原子能科学技术第53卷过冷流动沸腾指主流中液相温度低于饱和温度，而近壁面处发生局部沸腾的两相流动换热现象％相比于单相对流换热，过冷沸腾具有较高的换热效率，因此在能源与动力工程等行业中被广泛应用％国内外学者均在探索基于计算流体动力学(CFD)方法来研究两相流动换热问题)12*%Krepper等3采用Bartolomei等⑷开展的压力范围在1.5(15MPa间的实验数据对商用软件CFX中的过冷沸腾模型进行了验证％Cheung等5研究了核化密度、气泡脱离直径和气泡脱离频率等不同模型组合对低压过冷流动沸腾实验的适用性，发现任一经验关系式组合的计算结果都不能与所有低压实验数据良好符合％Zhang等6研究了不同湍流模型对数值模拟结果的影响，认为模型较J p模型效果好％陈二峰等7和李松蔚等8修正了CFX中的气泡脱离直径模型，模拟了低压工况下的过冷沸腾％目前主流的商用CFD软件中均包含两相流的求解模块，可基于欧拉两流体模型或VOF (体积分数)模型求解两相流场％但商用软件封装严格，开放程度弱，对用户的自主开发有明显的限制，在求解复杂的两相流问题时，很多模型难以修改或添加，从而不一定能满足用户的科研需求％而采用C++语言编写的开源CFD 类库OpenFOAM以其面向对象编程、大规模并行能力及开放的编程环境等优势逐步在学术及工程领域得到广泛应用%目前，OpenFOAM 在海洋与船舶工程、化学工程等方向的数值模拟已取得了良好的效果％基于该开源平台添加模型或开发新的求解器以模拟过冷流动沸腾现象将是两相流研究的一个重要方向％本文以4.5MPa下竖直圆管内过冷流动沸腾现象为研究对象，阐述数值模拟所采用的数学物理模型，包括欧拉两流体模型及相关辅助模型，基于OpenFOAM平台进行模拟％1数学物理模型本文基于欧拉两流体六方程模型，考虑了气液两相间质量、动量和能量的传递，并引入壁面热流密度分配模型以描述壁面沸腾现象％1.1相间动量交换模型由牛顿第三定律可知，气相对液相的作用力F g与液相对气相的作用力大小相等、方向相反，即：F ig⑴因此本节仅对液相对气相的作用力进行描述％弥散在液相中的气泡受到来自液相的作用力可分为曳力M A和非曳力，非曳力又包括升力％\壁面润滑力M"、湍流耗散力M*』和虚拟质量力MT m，则气泡总的受力情况可表示为：M=M d+M'+]M wl+MT d+M,m(2) 1.2壁面热流密度分配模型广泛应用于流动沸腾模拟的壁面热流密度分区模型是RPI模型9,它由提出者Kurul和Podowski就职的伦斯勒理工学院(RPI)而得名％该模型将从壁面传递到流体中的热流密度分为：1)单相过冷流体强迫对流换热Q。
过冷沸腾自然对流两相cfd模拟及应用冷沸腾是一种常见的传热过程，在这种过程中，流体在加热过程中经历沸腾，并释放大量的汽水。
自然对流是一种自然存在的传热方式，在这种情况下，流体因密度差异而自然流动，从而导致传热。
这两种过程通常发生在工业中，如炼油、制氧、冷却塔等。
CFD（计算流体动力学）模拟是一种数值方法，用于模拟流体运动和传热的过程。
这种模拟可以帮助我们了解冷沸腾自然对流过程中发生的物理现象，并帮助我们优化工艺设计。
在冷沸腾自然对流过程中，CFD模拟可以帮助我们估算温度场和流场，并了解温度和流速之间的相互关系。
这有助于我们优化加热器的设计，使其能够更有效地加热流体。
此外，CFD模拟还可以帮助我们优化自然对流冷却塔的设计，使其能够更有效地冷却流体。
应用CFD模拟的关键是确定输入参数的准确性。
这包括确定流体的物理性质，如密度、粘度和比热容。
此外，还需要确定流体运动的初始条件，如流速、温度和压力。
在进行CFD模拟时，还需要考虑热交换器的几何形状、流体流动的模式（如层流、混合流或湍流）以及流体与壳体之间的热交换机制。
结果的准确性取决于所使用的求解方法的精度和所选择的网格划分的粗细程度。
较粗的网格可能更快速地求解，但结果的精度可能不够高。
因此，在进行CFD模拟时，需要权衡精度和计算时间的折中。
冷沸腾自然对流过程的CFD模拟已被广泛应用于工业中。
例如，在炼油工业中，CFD模拟可用于优化炼油装置的设计，以提高生产效率和降低能耗。
在制氧工业中，CFD模拟可用于优化制氧塔的设计，以提高氧气产量并降低能耗。
此外，CFD模拟还可以用于优化冷却塔的设计，以提高冷却效率并减少能耗。
总之，冷沸腾自然对流过程的CFD模拟是一种有效的工具，可以帮助我们了解冷沸腾自然对流过程中的物理现象，并帮助我们优化工艺设计。
它可以用于许多不同的工业领域，如炼油、制氧、冷却塔等，以提高生产效率和降低能耗。
在进行CFD模拟时，需要确定准确的输入参数，并考虑精度和计算时间的折中。
