变管径脉动热管的数值模拟与分析

摘要

脉动热管不仅具有体积小、结构简单且能实现高效热量传输等优点，而且因其独特的结构能满足电子设备散热安装需求，因此它成为了应用在电子元件冷却和空间控热领域的新型高效元件。 本文在普通型等管径脉动热管的研究基础上，提出了一种新型的变管径单回路脉动热管，并利用VOF方法建立了气液两相流动与传热的非稳态模型，对普通等管径脉动热管和变管径单回路脉动热管进行了数值模拟。利用工质的气体体积分布云图分析了两种脉动热管管内的气液两相行为及其流向的特点；根据两种脉动热管的蒸发段温度振荡曲线分析了变管径结构对脉动热管启动温度和振荡的影响；通过改变脉动热管的管径比值及运行工况得到了两种脉动热管的启动时间和运行热阻的规律，并对两种脉动热管的启动时间和运行热阻进行了比较分析。 模拟结果表明：变管径脉动热管在运行过程中，管内工质会形成稳定的循环流动。由温度振荡曲线也得知，变管径结构增加了管内工质蒸发段温度的振荡频率，并减小了温度的振荡幅度。随着管径比值的增加，变管径脉动热管的启动时间会增大；随着加热功率的增加，变管径启动时间的差值逐渐增大。在相同工况下，以甲醇为工质的变管径脉动热管的启动时间最短。随着加热功率的增大，脉动热管的运行热阻先减小后趋于平稳。当充液率为40%时，变管径结构对脉动热管的影响更强，此时变管径脉动热管与普通等管径脉动热管运行热阻的差值最大。相同工况下，以水、甲醇、乙醇为工质时变管径脉动热管运行热阻降低程度不同，其中以甲醇为工质的变管径脉动热管的降低程度最明显。

目录

字母注释表

第一章 绪 论

1.1课题研究背景

1.2脉动热管简介

1.2.1脉动热管的工作原理

1.2.2 脉动热管的结构特征

1.2.3脉动热管传热性能的影响因素

1.3脉动热管的研究现状

1.3.1 脉动热管实验研究

1.3.2脉动热管理论研究现状

1.3.3 脉动热管模拟研究现状

1.4 脉动热管的应用研究

1.5研究思路与内容

1.5.1 研究思路

1.5.2 研究内容

1.6 本章小结

第二章 脉动热管的模型建立

2.1 数值模拟理论

2.1.1 多相流模型

2.1.2 连续表面张力模型（CSF）模型

2.1.3 湍流模型

2.2 脉动热管的控制方程

2.3 脉动热管几何模型

2.4 脉动热管参数选择

2.4.1 管径的选择

2.4.2 壁厚的选择

2.4.3 充液率的选择

2.4.4 加热热流密度的选择

2.4.5 工质的选择

2.4.6 模拟参数与边界条件的确定

2.5 本章小结

第三章 数值模拟结果与分析

3.1 模型的验证

3.1.1对比验证

3.1.2网格无关性验证

3.2 变管径脉动热管的流型变化

3.2.1 初始状态下气液塞分布特点

3.2.2 稳定运行阶段的气液塞变化

3.2.3 脉动热管的传热极限

3.2.4 变管径结构对气液两相行为的影响

3.3 变管径脉动热管的温度特性

3.4 变管径脉动热管的传热特性

3.4.1 工质对脉动热管传热特性的影响

3.4.2 充液率对传热特性的影响

3.4.3 加热功率对传热特性的影响

3.4.4 管径比对传热特性的影响

3.5 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢