重力式熱管數值模擬及結構優(yōu)化.pdf

1、熱管通過較小的軸向截面遠距離導熱的優(yōu)良導熱特性而廣為人知，在我國碳鋼-水熱管換熱器應用相對普遍。熱管的傳熱強化也是學界研究的熱點之一，然而，目前多數課題對熱管傳熱性能的研究大多圍繞于熱管通過較小截面的優(yōu)良導熱性能的研究上。在涉及重力式熱虹吸管的數值模擬換熱強化分析文獻中，結合場協同理論提出對策的較少。而且同時具備結合過增元理論特質，并且不拘泥于傳統熱管的軸截面優(yōu)良導熱性能的相關理論文獻相對較少。
　　本課題研究的對象為重力式熱虹吸

2、管徑向熱阻對傳熱性能的影響，并且結合過增元提出的場協同理論進行數值分析，提出新式的重力式熱虹吸管結構。計算機數值仿真技術對于熱虹吸管內部傳熱性能和流動過程的分析是一種不可或缺的重要方法。有限元法和現有的強化換熱理論結合，為提高熱管換熱性能提出的改進措施提供可靠的數值仿真結果。將數值仿真結果進行量化分析，對不同結構的換熱性能提出合理預測。本課題嘗試提出一種設計方案以提高重力式熱虹吸管換熱設備的能源利用率。結合重力式熱虹吸管內部流場的分析，

3、研究周向熱阻，針對周向換熱強化提出一種內部擾流結構。該擾流結構主要用于重力式熱虹吸管的蒸發(fā)段的徑向傳熱強化。本課題的研究過程在借鑒前人研究的理論基礎上，提出新的換熱擾流結構，謀求一種新的換熱強化思路。
　　借助FLUENT軟件強大的數值模擬功能，對封閉式兩相熱虹吸流熱交換器內部的耦合場模擬基礎上，同時結合了清華大學過增元的場協同理論對重力式熱虹吸管周向換熱強化進行研究。根據對數值仿真結果的分析，為重力式熱虹吸管的換熱強化提出可行的

4、傳熱強化結構。課題研究成果被同時應用于兩項專利的申報。
　　本課題提出一種新的內螺旋翅片擾流結構，該結構具備兩個顯著特征尺寸，錐角和螺旋升角。對于這種內插有錐度的內擾流件的兩個參數，分別提出一組參數供比較：錐角有α=12.33°，30°，45°，60°，螺旋升角有β=10.37°，14.036°，25.91°。通過CFD數值仿真分別比較兩組結構參數對管內的傳熱與阻力特性的影響，對于不同錐度下數值仿真結果量化分析顯示：數值仿真結果顯

5、示對應錐角α=60°的阻力系數，hf數值變化范圍為0.013~0.37。30°阻力系數較之60°錐角增加0.460~0.592倍。綜合EEC-Re曲線、EEC-α曲線以及紊流工況各參數換熱性能，在錐度為30°時模型的強化效果較理想。對于不同錐度下數值仿真結果量化分析顯示：數值模擬結果中強化管的EEC最大值在升角為25.91°處取得。綜合全段Re數來看EEC-Re曲線，升角25.91°強化效果較為理想。分析EEC-β曲線，可知25.91°