小型平板LHP蒸发器内传热与流动的三维数值研究

摘要

在高热流密度的电子器件散热和航天热控领域，传统的单相流散热器不能满足其苛刻要求。回路热管（LHP）是一种被动式两相传热装置，具有无需外加动力源、安装方式灵活、热运输能力强等优点。蒸发器作为LHP系统的核心部件，为整个系统提供动力，很大程度上蒸发器的性能决定了整个LHP系统的性能。
　　区别于对蒸发器内单个槽道和毛细芯组成的蒸发传热单元进行建模，本文针对一种平板式蒸发器建立了完整的三维模型，包括毛细芯、补偿腔、导热肋以及蒸发器壳体等结构，并利用FLUENT软件进行了三维数值模拟。通过毛细蒸发界面加载蒸发函数的方法，有效实现了多区域耦合数值求解。
　　在三维模型的基础上，本文首先研究了热负荷对蒸发器内传热与流动的影响，分析了不同热负荷下蒸发器整体的温度分布、蒸发界面的传热差异以及补偿腔内的流动传热。其次研究了壳体材料对蒸发器传热的影响，分析了壳体材料不同时的漏热和蒸发器热阻。还研究了回流液体入口位置对补偿腔内流动与换热的影响。
　　计算结果表明，蒸发器内的传热与流动是多种传热机制共同作用的结果，必须耦合分析。热负荷与系统冷凝能力较为匹配时，即中等负荷时，蒸发份额比例高，整个系统流动与传热特性最优。高导热系数的材料作为壳体时补偿腔平均温度较低，整个蒸发器热阻较低。回流液体入口位置影响补偿腔内的流场分布，形成不同范围的流动死区。研究结果对平板式LHP蒸发器的设计具有一定的参考意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 热管的发展和研究

1.3 LHP的发展和研究

1.4 本文研究内容

2 蒸发器的设计与物理模型

2.1 蒸发器的设计

2.2 物理模型描述

2.3 本章小结

3 数学模型和数值计算

3.1 数学模型描述

3.2 边界条件

3.3 网格划分与数值模型验证

3.4 本章小结

4 热负荷对蒸发器内传热与流动的影响

4.1 蒸发器整体的温度分布

4.2 蒸发界面的传热分析

4.3 补偿腔内的流动与传热分析

4.4 蒸发器内的热量分布

4.5 本章小结

5 壳体材料对蒸发器换热的影响

5.1 不同材料壳体蒸发器内的温度分布

5.2 侧壁漏热和蒸发器热阻

5.3 本章小结

6 补偿腔结构对补偿腔内传热与流动的影响

6.1 蒸发器温度分布

6.2 补偿腔内的流动分析

6.3 补偿腔内的换热分析

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录：作者攻读硕士学位期间发表的论文