震荡热管内的气液相变及其运行特征分析

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在上个世纪90年代,Akachi发明了一种传热效率极高的热管,命名为振荡热管。振荡热管有着热超导体的美称,其显著的传热效率甚至比任意一种金属还要高,因而备受科研工作者的青睐。然而到目前为止,大多数研究仍停留在现象观测上,关于振荡热管的运行机理及流动特性还没有完整的理论认识,所以本文尝试通过数值模拟研究寻找答案。  本文以VOF方法捕捉界面,结合相变传热理论处理气液之间传热传质,选用连续表面力(CSF)模型计算表面张力,引用Kistler提出的动态接触角模型计算管内工质的动态接触角。基于此,建立了较为准确处理振荡热管内气液相变的二维数学模型,并在Fluent平台上对单环闭式振荡热管进行了数值模拟,直观研究分析了振荡热管中气液相变传热传质。振荡热管模拟过程分为两个阶段:初始化阶段和加热运行阶段。针对数值模拟中振荡热管初始化的特殊性,详细描述了其初始化过程,并比较了三种真空度对初始化的影响;研究了加热以后气泡的生长、运动状况以及分布情况;分析了气泡变化与传热之间的关系;关注了液相工质内流动状况;分析了动态接触角模型对振荡热管模拟的重要性。最后以气泡/塞为研究对象,分析气泡运动特性、工质流动特性以及振荡热管振荡特性,针对振荡热管的运行特征进行分析研究,更好的了解和认识振荡热管运行机理。
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