AMTEC多级毛细泵数值模拟研究

作     者：张宝岭 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑洪涛

授予年度：2010年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：AMTEC 多级毛细泵 PFM 数值模拟 

摘      要：碱金属热电直接转换(Alkali Metal Thermal to Electric Converter- AMTEC)是一种新型的热电直接转换技术。具有热电转换效率高、无运动部件、低维护等优点。毛细泵是AMTEC的关键部件之一,它起着接收能量、传递热量、组织工质蒸发、提供工质循环动力的作用。本文将对不同条件下的AMTEC多级毛细泵进行数值模拟研究。 本文在达西方程基础上建立了一个二维的、轴对称模型。利用该模型对AMTEC多级毛细泵内工质的流动、传热和蒸发现象进行了数值模拟。在数值模拟过程中,通过添加源相的方法解决了相变过程中质量、动量和能量的传递。同时,采用相位场方法对相变界面进行了捕捉。不仅分析了润湿角对数值模拟结果的影响,还研究了热流密度、进口温度、毛细泵材料和毛细孔径等因素分别对毛细泵的相变界面位置、温度分布、压力阶跃和质量流量的影响。 模拟结果表明,随着热流密度的增加,汽液相变界面有向毛细泵内部侵入的趋势,质量流量也相应的提高。但是热流密度有一定的极限值,超过这个极限值,相变界面会侵入到输运段部分引起毛细泵整体的失效;随着进口温度的增加,相变界面也有向毛细泵内部侵入的趋势,质量流量有小量的增加。为避免了系统大的波动,可以通过只调节进口温度来调节AMTEC内工质的质量流量;文中对钼制、镍制和钛制的三种不同材质的毛细泵进行了模拟分析,发现材质的选择对相变界面位置影响较小,但会导致毛细泵通流能力的变化;另外,与单级毛细泵相比,多级毛细泵具有较高的输送工质能力。