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申请/专利权人：西安交通大学

摘要：一种热管吸液芯内流动传热计算方法，1、对热管吸液芯内工质的特征流动空间进行划分选取；2、进行热管吸液芯内工质的特征流动空间的几何划分；3、利用计算流体力学软件的两相流模型进行两相流动计算设置；4、开展两相流动稳态计算；5、以两相流动稳态计算结果开展两相流动瞬态计算。本发明对热管吸液芯内工质的特征流动空间进行划分选取，针对热管吸液芯内工质的特征流动空间进行几何划分，通过在两相流动换热方程中添加源项，实现热管吸液芯内流动传热的稳态和瞬态计算，进而获得热管吸液芯内的流动传热特性，为热管的设计应用和分析计算提供建议与指导。

主权项：1.一种热管吸液芯内流动传热计算方法，其特征在于：步骤如下：步骤1：对热管吸液芯内工质的特征流动空间进行划分选取，确定吸液芯内流动传热计算的流体域和固体域几何结构，得到热管吸液芯内工质的特征流动空间的几何模型，具体步骤如下：步骤1-1：根据实际计算需求，确定热管吸液芯内工质特征流动空间的长度和宽度；步骤1-2：确定热管吸液芯丝网的几何参数，包括丝网编制形式、径丝的丝径、纬丝的丝径、网孔的孔径、丝网的层数、丝网的层间距；根据热管吸液芯内工质特征流动空间的长度和宽度确定几何模型中单层丝网的径丝和纬丝个数，根据长度确定纬丝的个数，根据宽度确定吸液芯丝网径丝的个数，进而确定单层丝网的几何结构；将单层丝网按丝网的层数在垂直方向进行复制，使其各层间距离为丝网的层间距，进而确定丝网整体的几何结构，运用几何模型建立软件建立丝网整体几何模型；步骤1-3：运用几何模型建立软件建立一个与热管吸液芯内工质特征流动空间的长度和宽度相同的长方体，其高度为丝网整体几何模型的高度在上下分别加上吸液芯丝网与热管壁面间隙的高度；将该长方体与丝网整体几何模型进行布尔运算，从长方体中切除丝网整体几何模型，得到热管吸液芯内流动传热计算的流体域几何模型；再将该长方体与流体域几何模型进行布尔运算，切除流体域，得到热管吸液芯内流动传热计算的固体域几何模型；热管吸液芯内流动传热计算的流体域几何模型和热管吸液芯内流动传热计算的固体域几何模型构成热管吸液芯内工质的特征流动空间的几何模型；步骤2：进行热管吸液芯内工质的特征流动空间的几何划分，得到热管吸液芯内流动传热计算的流体域网格模型和热管吸液芯内流动传热计算的固体域网格模型；步骤3：利用计算流体力学软件的两相流模型，在热管吸液芯内流动传热计算的流体域网格模型和热管吸液芯内流动传热计算的固体域网格模型范围内进行两相流动计算设置，具体步骤如下：步骤3-1：开启计算流体力学软件的两相流模型，选择VOF模型，关闭能量方程和相间质量交互模型，打开壁面黏附模型，依据热管管壁材料、吸液芯材料、液相工质、气相工质的实际物性参数设置计算材料性质，包括密度、热容、热导率、粘度、表面张力系数、饱和压力和温度，设置液相为第一相，气相为第二相；步骤3-2：根据实际运行工况，设置热管吸液芯入口和出口处的边界条件，包括入口流量或速度、出口压力和出口回流参数；将与经线平行的两个侧面设置为对称边界条件；将底面即热管壁面设置为热流边界条件，根据实际运行工况设置热流密度；将所有流体域与固体域重合的面设置为耦合边界条件，并打开计算流体力学软件的壁面接触角模型，设置壁面接触角；根据实际运行工况，初始化两相的初始温度和体积分数；步骤3-3：使用计算流体力学软件的用户自定义函数工具，设置两相相间的质量和能量交互，具体地，计算液相体积分数f在0到1范围内所有网格的平均温度作为液相温度Tl，再构建含有气相温度Tv的方程组，如式1-式5所示： Tl-Tv＝Q·R2Q＝qA3q＝m·hfg4 式1-式5中：R——工质的相变热阻K·W-1；Rg——气体常数J·mol-1·K-3；L——热管发生相变区域的总长度m；Tv——气相温度K；Tl——液相温度K；Pv——气相压力Pa；Pl——液相压力Pa；Q——相变热通量W；q——相变热流密度W·m-2；A——两相界面面积W·m-2；m——相变质量通量kg·s-1·m-2；dv——蒸气区域的直径m；hfg——工质的汽化潜热J·kg-1；a——蒸发冷凝调节系数；ε——吸液芯的孔隙率；Matom——蒸气区蒸气的摩尔质量kg·mol-1；式3中的两相界面面积A由式6计算： 式6中：i——液相体积分数在0到1范围内的网格编号；n——液相体积分数在0到1范围内的网格总数；fi——液相体积分数在0到1范围内的第i个网格的液相体积分数；Vi——液相体积分数在0到1范围内的第i个网格的体积m3；由于液相温度Tl已知，且饱和状态下液相压力Pl和液相温度Tl、气相温度Tv和气相压力Pv具有一一对应的函数关系，式1-式5组成与气相温度Tv有关的隐式方程组，通过迭代求解得到气相温度Tv；为液相体积分数在0到1范围内的网格添加相变引入的质量源项，如式7所示： Sm,i——液相体积分数在0到1范围内的第i个网格的质量源项kg·s-1·m-3；Pi——液相体积分数在0到1范围内的第i个网格的压力Pa；Ti——液相体积分数在0到1范围内的第i个网格的温度K；根据质量源项，为液相体积分数在0到1范围内的网格添加相变引入的能量源项，如式8所示：Se,i＝Sm,i·hfg8Se,i——液相体积分数在0到1范围内的第i个网格的能量源项W·m-3；步骤4：根据实际运行工况，设置稳态计算参数，在热管吸液芯内流动传热计算的流体域网格模型和热管吸液芯内流动传热计算的固体域网格模型范围内进行两相流动传热稳态计算，得到稳态时的液相体积分数、两相界面形状和相变质量通量；步骤5：以步骤4得到的稳态时的液相体积分数、两相界面形状和相变质量通量作为初始条件，根据需要计算的工况，调整热管壁面的热流密度、热管的倾角、蒸发冷凝调节系数，设置瞬态计算参数，在热管吸液芯内流动传热计算的流体域网格模型和热管吸液芯内流动传热计算的固体域网格模型范围内进行两相流动传热瞬态计算；步骤6：计算结束，输出速度、压力、液相体积分数、两相界面形状、相变质量通量随时间的变化特性。

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