氣固兩相流動仿真的案例
積鼎 VirtualFlow 案例 | 環路熱管相變換熱模擬，實現微通道氣液兩相、單相及流固耦合仿真計算
針對上述現象，用戶單位某物理研究所提出需要環路熱管相變換熱整體解決方案，幫助其在熱管的研發設計前期，用仿真替代一部分試驗，縮短研發周期。
項目目標
積鼎基于公司現有的VirtualFlow軟件，通過對兩相流動的毛細力和沸騰換熱、冷凝換熱的研究，完善相關的求解算法和物性參數庫，形成熱管相變冷卻的整體解決方案。其可用于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，解決熱管試驗參數不易測量和試驗成本高等問題。
軟件可以對流體回路的部件及換熱器等進行微觀的氣液兩相、單相、流固耦合等模擬仿真計算，提取所仿真的物理現象及趨勢，并能與理論計算比較驗證。
2. 解決方案及優勢
主要算法和計算流程
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、冷凝器等存在不凝性氣體的設備的相變計算。
采用該軟件進行不凝性氣體凝結和蒸發相變數值模擬時，多相流模型均采用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（User Define Function）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。
本軟件提供組分輸運模型，其為基于組分質量分數的輸運方程解，可利用預先定義的蒸發及冷凝機制對蒸發及冷凝過程進行模擬。在自研軟件中考慮到多組分的輸運時，將混合氣體作為一個研究的整體，利用多組分模型可以很好地解決含有兩種或者兩種以上組分的系統。當啟用多組分輸運模型后需要注意對于該混合物體系的控制方程求解，其中同樣包括連續性方程、動量方程以及多組分方程。
軟件計算結果
蒸發器部件仿真結果顯示，壁溫結果與實驗趨勢一致。冷凝器部件仿真結果顯示，壁溫結果與實驗趨勢一致。
展開 VirtualFlow | 熱管相變換熱仿真，支持不同尺度的氣液兩相相變計算
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。
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