熱管作為一種高效的傳熱元件，具有結構簡單、傳熱效率高、無運動部件等優點，廣泛應用于航空航天、電子散熱、制冷空調、能源等多個領域。其中，環路熱管作為一種特殊的熱管形式，由于其冷凝段和蒸發段分開，能夠靈活地應用于各種復雜環境，如航天器內的熱量傳輸與散熱。

然而，隨著應用場景的日益復雜，熱管的設計與優化面臨著諸多挑戰。特別是在面對長距離、多點復雜熱源的散熱需求時，精確測量相變過程中的溫度、速度等參數變得極為困難，傳統的試驗方法不僅周期長、成本高，而且難以獲取全面準確的數據，這嚴重制約了熱管技術的進一步發展和應用。

積鼎科技CFD解決方案，助力熱管相變換熱仿真

積鼎科技基于自主研發的VirtualFlow軟件，為熱管領域的相變換熱問題提供了全方位的仿真解決方案。該方案通過對兩相流動的毛細力和沸騰換熱、冷凝換熱的深入研究，完善了相關的求解算法和物性參數庫，形成了熱管相變冷卻的整體解決方案。

（一）強大的算法與計算流程

VirtualFlow軟件具備在含有不凝性氣體的工質中計算蒸發及冷凝相變的能力，適用于蒸發器、冷凝器等設備的相變計算。

其多相流模型采用mixture模型，并啟用組分輸運模型，分別求解連續方程、體積分數方程、動量方程、能量方程和組分擴散方程。

蒸發和冷凝過程中的相變通過UDF在體積分數方程、能量方程和組分輸運方程中分別添加質量源項、能量源項和相等的質量源項實現。

這種算法能夠精確地模擬吸液芯的毛細現象、蒸發管的沸騰、冷凝器的冷凝等復雜現象，為熱管的設計與優化提供了堅實的技術支持。

（二）準確、可靠的計算結果

在實際案例中，VirtualFlow軟件展現了優秀的計算精度和可靠性。以某物理研究所的環路熱管項目為例，在50W功率下2D軸對稱條件下，蒸發器內的流場最終達到穩態，其液相體積分數、相變速率、液體/氣體總體積、質量流量等參數的計算結果與實驗趨勢高度一致。

蒸發器壁溫計算結果與測量結果的偏差基本控制在1.5℃以內，冷凝器部件仿真結果同樣表現出色。整機仿真結果顯示，隨著熱流密度的增高，冷凝器中的液體體積先減后增，這一結果與實際物理現象相符，充分驗證了軟件的準確性和可靠性。

蒸發器內各統計量隨時間的變化：a)相變速率；b)液體/氣體總體積；c)質量流量

（三）解決方案優勢

VirtualFlow軟件在熱管領域的應用具有諸多獨特優勢。

• 它具備氣液兩相模型，能夠模擬微納米尺度如空隙尺度的多孔介質、微納結構等吸液芯的毛細潤濕和蒸發過程，預測毛細能力及蒸發換熱性能。
• 支持在微通道納米尺度中計算兩相相變，可用于表面凝結和核態沸騰的相變過程計算，以及計算在相變過程中的換熱情況。
• 軟件支持熱限制模型與RPI壁面沸騰模型，并開發有先進的的壁面冷凝模型，可根據此對池沸騰、大空間冷凝相變、壁面相變等進行數值模擬。
• 在處理熱虹吸問題時，通過模擬蒸發相變，觸發熱虹吸效應，進而研究熱邊界及固體結構對虹吸過程流量、流速的影響。
• 軟件能夠根據計算的兩相流動狀態自動切換所采用的兩相流模型，適用的多相流典型形態包括界面流、離散相以及混合流，提升計算準確性。
• 利用高精度的界面捕捉技術進行數值仿真計算，可以計算不同毛細數對微通道內氣泡形狀的影響，以及計算由于表面張力的不同引起質量移動的馬蘭戈尼效應。

通過使用VirtualFlow軟件對環路熱管進行相變換熱仿真，積鼎科技不僅幫助客戶解決了試驗測量難度大、測試設備成本高的問題，還顯著提升了研發效率，縮短了研發周期。相比傳統的試驗方法，研發周期縮短了2/3，整體的人力成本和試驗設備成本減少了一半以上。

積鼎科技的熱管領域CFD解決方案在多個行業具有廣泛的應用前景。在化工、核電、汽車、電子電器、生物等領域，相變換熱場景眾多，VirtualFlow軟件能夠為這些行業提供精準的熱管設計優化方案，助力企業提升產品性能、降低研發成本、加快上市時間。