几何结构和多热源场对脉动热管流动与传热性能影响的数值研究

发布时间：2025-02-08 11:19

　　基于能源和环境的可持续发展需求,激发研究者关注高性能换热设备。由于结构简单、成本较低和高效热量传输等突出优点,作为一种新型的换热设备,闭合型脉动热管在太阳能集热和集成电路元器件冷却等领域具有广泛的应用前景。本文在闭合型单回路脉动热管的研究基础上,提出了不同弯曲结构(肘形和圆形结构)蒸发端和冷凝端的脉动热管。本文采用VOF多相流模型模拟流动,采用表面张力模型(CSF)考虑两相界面力作用,基于湍流作用采用双方程湍流模型,基于相变导致的热、质交换引入用户自定义函数法(UDF),并对四种不同结构的单回路脉动热管进行了数值模拟。根据脉动热管内不同时刻的工质体积分布云图,分析了四种单回路脉动热管管内气液两相流型及分布的特点。对四种单回路脉动热管的蒸发端短及冷凝端热通量进行快速傅里叶变换,分析了肘形和圆形结构对脉动热管的启动时间和振荡频率的影响。本文还探究了四种多源热场单回路脉动热管的脉动流动规律,并与单回路脉动热管的振荡频率、两相流型及分布进行了对比分析。研究结果表明,脉动热管的肘形结构对工质流向变换和流动变形等流动特征有重大影响。蒸发端管内“局部流向变换”和“滞止”现象的发生是由于液塞流向尺寸变大...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 脉动热管的概述
        1.1.1 脉动热管的结构特性
        1.1.2 脉动热管的工作机制
        1.1.3 脉动热管运行特性的影响因素
    1.2 脉动热管的研究现状
        1.2.1 脉动热管实验研究现状
        1.2.2 脉动热管理论研究现状
        1.2.3 脉动热管仿真模拟研究现状
        1.2.4 脉动热管神经网络分析现状
    1.3 脉动热管的应用前景
    1.4 课题研究思路与内容
    1.5 本章小结
第二章 脉动热管的物理与数学模型建立
    2.1 脉动热管的数值模型
        2.1.1 多相流模型
        2.1.2 相界面追踪
        2.1.3 连续表面张力模型(CSF)
        2.1.4 湍流模型
    2.2 脉动热管的控制方程
    2.3 数值模型验证
        2.3.1 数值方法验证
        2.3.2 网格独立性验证
    2.4 本章小结
第三章 不同几何结构下脉动热管数值模拟结果与分析
    3.1 不同结构脉动热管的几何模型
    3.2 脉动热管的参数选择
        3.2.1 工质的确定
        3.2.2 管径的确定
        3.2.3 充液率的确定
        3.2.4 倾斜角的确定
        3.2.5 参数设置和边界条件的确定
    3.3 几何结构对脉动热管振荡特性的影响
    3.4 几何结构对脉动热管启动特性和换热特性的影响
    3.5 几何结构对脉动热管频谱特性的影响
    3.6 本章小结
第四章 多热源场下脉动热管数值模拟结果与分析
    4.1 多热源场对脉动热管启动特性和流动流型的影响
    4.2 多热源场对脉动热管振荡特性的影响
    4.3 多热源场对脉动热管换热性能和频谱特性的影响
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 本文工作总结
    5.2 工作不足和展望
图表目录
参考文献
硕士期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
致谢



本文编号：4031441