熱管等的案例
CFDPro熱管仿真 | 模擬熱管內(nèi)部流動及傳熱傳質(zhì)過程，優(yōu)化熱傳輸性能
熱管作為一種高效的傳熱元件，其工作原理基于熱傳導和相變過程。它通常由管殼、吸液芯和端蓋組成，內(nèi)部充注適量的工作液體。在不消耗外部能源的情況下快速傳遞熱量。熱管因其高效的熱傳導性能，被廣泛應用于各種需要有效散熱的領域，如航空航天器的熱控、電子設備的冷卻等。
盡管熱管在實際應用中已經(jīng)展現(xiàn)出了其優(yōu)越的性能，但在設計和優(yōu)化過程中仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。實驗測試雖然能夠提供真實的數(shù)據(jù)，但往往成本高昂且周期長。此外，實驗條件難以完全控制，可能會受到環(huán)境因素的影響。因此，仿真技術在熱管設計和優(yōu)化過程中起到了至關重要的作用。
熱管模擬仿真目的
通過CFD技術模擬熱管的實際工作過程，以預測和優(yōu)化其熱傳輸性能。仿真可以實現(xiàn)以下幾個目的：
設計優(yōu)化：基于仿真數(shù)據(jù)，可以調(diào)整熱管的幾何形狀、管徑、管長、翅片結(jié)構(gòu)等關鍵參數(shù)，以最大化其熱傳輸效率。
性能預測：通過CFD技術，可以預測熱管在不同工況下的溫度分布、壓力變化、傳熱效率以及響應速度等關鍵參數(shù)。
流動與傳熱特性分析：揭示熱管內(nèi)部的流體流動和傳熱特性，觀察到流體在熱管內(nèi)的流動路徑、流速分布、壓力分布以及溫度分布等關鍵信息。
穩(wěn)定性與可靠性評估：評估熱管在不同運行條件下的穩(wěn)定性和可靠性。包括長時間運行、負荷變化、環(huán)境變化等多種情況。
熱管仿真的難點
物理模型復雜性：熱管仿真涉及到兩相流、多組分流動、相變現(xiàn)象、復雜的傳熱機制以及毛細力驅(qū)動的回流效應，這些都需要高精度的數(shù)學模型來描述。
邊界條件設置：準確設定熱管兩端及壁面的熱通量、壓力、濕度等邊界條件是仿真結(jié)果準確性的關鍵，而在實際情況中這些條件可能會隨時間和空間變化。
微尺度效應：部分熱管內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有微觀特征，如微槽、多孔介質(zhì)等，這類微尺度效應對傳熱有顯著影響，但建模難度較大。
展開 散熱熱管之燒結(jié)型熱管的參數(shù)設計與應用
熱管操作原理
圖1為一典型的熱管示意圖，外層是一個密封的管體，沿管壁內(nèi)側(cè)鋪設一定之毛細結(jié)構(gòu)，毛細結(jié)構(gòu)吸附一定量的工質(zhì)，而熱管中央通道充滿工質(zhì)的飽和蒸汽。當熱管的一端與熱源連結(jié)時，熱量通過管壁給毛細結(jié)構(gòu)中的工質(zhì)，液體表面溫度升高使其自由表面上的蒸發(fā)加強，故加熱端又稱蒸發(fā)區(qū)；熱管另一端與冷源結(jié)合或處于自然排熱狀態(tài)。蒸汽因蒸發(fā)區(qū)與冷凝區(qū)壓差影響由蒸發(fā)區(qū)流到冷凝區(qū)凝結(jié)為液態(tài)，放出汽化潛熱，通過管壁傳出去。如果中間的管壁絕熱條件良好，可同時忽略管壁導熱影響，則蒸汽區(qū)得到的熱量將全部交給冷凝區(qū)。
由熱管的原理可知，維持熱管工質(zhì)不斷循環(huán)流動是熱管工作的基本條件，因此，毛細抽吸壓力必須與工質(zhì)液體壓降和蒸氣壓降相平衡。其中毛細壓差與其結(jié)構(gòu)有關，而液體壓降和蒸氣壓降則與毛細結(jié)構(gòu)、工質(zhì)特性有關之外，還隨工質(zhì)流量增大而加大。當熱管的熱負荷加大時，熱管的質(zhì)量流量也加大，當熱流量增大到某一程度，毛細壓差便不足以克服流動阻力，于是便發(fā)生流體中斷。此時，我們稱此為熱管到達毛細工作能力的極限。在此之前熱管能承受之最大熱負荷稱為最大熱傳量，因為這一最大熱傳量還與熱管長度有關，所以也有用最大熱傳量與有效長度的乘積來表示熱管的性能。當然，決定最大熱傳量并不只毛細限，還有所謂聲速限、攜帶限等。
除了上述熱傳量之外，一般熱管的另一個重要性能指針是熱阻，與固體導熱體相比，熱管的熱阻值很小，這是熱管的主要優(yōu)點。對于固體導熱體而言，熱阻隨長度的增加而增大，但熱管的熱阻基本上取決于穿過蒸發(fā)區(qū)及冷凝區(qū)管壁及毛細結(jié)構(gòu)厚度方向的熱阻，因而熱阻基本上與長度無關。
熱管能有很小的熱阻，除了表示他能在小溫差下有很大的傳熱能力外，還意味熱管有相當大的均溫能力。同時熱管重量輕、熱容量小、不消耗額外功率、工作可靠，因而在某種程度上可成為良好的導熱器材。
展開 CFDPro熱管仿真 | 模擬熱管內(nèi)部流動及傳熱傳質(zhì)過程，優(yōu)化熱傳輸性能
<p>熱管作為一種高效的傳熱元件，其工作原理基于熱傳導和相變過程。它通常由管殼、吸液芯和端蓋組成，內(nèi)部充注適量的工作液體。在不消耗外部能源的情況下快速傳遞熱量。熱管因其高效的熱傳導性能，被廣泛應用于各種需要有效散熱的領域，如航空航天器的熱控、電子設備的冷卻等。</p><p>盡管熱管在實際應用中已經(jīng)展現(xiàn)出了其優(yōu)越的性能，但在設計和優(yōu)化過程中仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。實驗測試雖然能夠提供真實的數(shù)據(jù)，但往往成本高昂且周期長。此外，實驗條件難以完全控制，可能會受到環(huán)境因素的影響。因此，仿真技術在熱管設計和優(yōu)化過程中起到了至關重要的作用。</p><p><strong>熱管模擬仿真目的</strong></p><p>通過CFD技術模擬熱管的實際工作過程，以預測和優(yōu)化其熱傳輸性能。仿真可以實現(xiàn)以下幾個目的：</p><p><strong>設計優(yōu)化：</strong>基于仿真數(shù)據(jù)，可以調(diào)整熱管的幾何形狀、管徑、管長、翅片結(jié)構(gòu)等關鍵參數(shù)，以最大化其熱傳輸效率。</p><p><strong>性能預測：</strong>通過CFD技術，可以預測熱管在不同工況下的溫度分布、壓力變化、傳熱效率以及響應速度等關鍵參數(shù)。</p><p><strong>流動與傳熱特性分析：</strong>揭示熱管內(nèi)部的流體流動和傳熱特性，觀察到流體在熱管內(nèi)的流動路徑、流速分布、壓力分布以及溫度分布等關鍵信息。</p><p><strong>穩(wěn)定性與可靠性評估：</strong>評估熱管在不同運行條件下的穩(wěn)定性和可靠性。包括長時間運行、負荷變化、環(huán)境變化等多種情況。</p><p><strong>熱管仿真的難點</strong></p><p><strong>物理模型復雜性：</strong>熱管仿真涉及到兩相流、多組分流動、相變現(xiàn)象、復雜的傳熱機制以及毛細力驅(qū)動的回流效應，這些都需要高精度的數(shù)學模型來描述。
展開 面向余熱回收的金剛石納米流體重力熱管強化傳熱研究
面向余熱回收的金剛石納米流體重力熱管強化傳熱研究
面向余熱回收的金剛石納米流體重力熱管強化傳熱研究
重力熱管依靠內(nèi)部工質(zhì)的循環(huán)相變傳熱，傳熱性能好，能夠?qū)⒂酂岣咝鬟f到回收器中。重力熱管的傳熱性能影響著余熱回收效果，其傳熱能力越大，傳遞到回收器中的熱量越多，被回收的熱量也越多。因此在余熱回收中提高重力熱管的傳熱性能是重要的研究方向與熱點之一。納米金剛石具有優(yōu)異的傳熱性能，能夠分散在水中形成金剛石-水納米流體作為重力熱管的工質(zhì)強化傳熱。然而，關于金剛石-水納米流體在重力熱管中的傳熱行為及其傳熱性能演變機制的相關研究尚不充分，充液率、質(zhì)量分數(shù)和熱流密度對于傳熱性能的影響規(guī)律尚需進一步探究。 02 成果掠影 南京航空航天大學徐九華教授團隊研究了金剛石-水納米流體重力熱管內(nèi)部工質(zhì)流動傳熱狀態(tài)，進而分析了其傳熱行為。該研究闡明了金剛石-水納米流體充液率和質(zhì)量分數(shù)對流型的影響規(guī)律。通過正交試驗發(fā)現(xiàn)熱流密度是影響傳熱性能最主要的因素，其次是充液率和質(zhì)量分數(shù)。此外，優(yōu)選出充液率為20%，質(zhì)量分數(shù)為1%的重力熱管在20×104 W/m2熱流密度下具有最佳的傳熱性能，等效換熱性能達到3485 W/(m2·℃)。該研究為深入理解金剛石-水重力熱管傳熱行為，同時提高重力熱管在余熱回收中的傳熱性能提供了理論基礎和基礎數(shù)據(jù)。研究成果以“Heat transfer enhancement by diamond nanofluid in gravity heat pipe for waste heat recovery”為題發(fā)表于《Functional Diamond》。 03 圖文導讀 圖1. GHP傳熱工藝示意圖。 表1. 金剛石納米流體的關鍵熱物理性質(zhì). 圖2. 納米金剛石分布。 圖3. 實驗設置示意圖。 表2. 實驗條件。 圖6. 溫室氣體的流動模式填充：(a)去離子水，(b) 0.5 w.t.%，(c) 1 w.t.%，(d) 2 w.t.%金剛石納米流體。 表3.
展開 
第18屆全國熱管會議舉辦，積鼎科技分享「環(huán)路熱管相變傳熱仿真」前沿實踐
這一研究對優(yōu)化環(huán)路熱管系統(tǒng)的設計與運行具有重要參考價值。
蒸發(fā)器內(nèi)各統(tǒng)計量隨時間的變化
冷凝器流場穩(wěn)態(tài)結(jié)果云圖(P=50W)
該研究成果不僅展示了積鼎豐富的熱管技術理論基礎，也為未來熱管模擬仿真技術的實際應用提供了有力的技術支撐。通過本次活動更進一步加強了積鼎與國內(nèi)外科研機構(gòu)和企業(yè)的合作交流，將共同推進熱管相關技術的應用及發(fā)展。
作為熱管技術領域的全國性專業(yè)學術會議，全國熱管會議自1983年首次召開以來，已發(fā)展成為推動熱管基礎與前沿技術發(fā)展的重要平臺，對熱管技術在信息、能源、航天、化工等多個行業(yè)的廣泛應用起到了積極的推動作用。
展開 熱管熱風爐取代列管箱熱風爐的剖析
全自動燃油（氣）熱管熱風爐是利用熱管管內(nèi)工質(zhì)相變超導換熱，直接制備潔凈熱空氣的高效無壓換熱設備，其結(jié)構(gòu)是用耐高溫管板將換熱箱體分隔成上部為熱空氣發(fā)生室，下部為燃燒爐膛和煙道兩個永不能貫通的分箱體，熱管由錐形卡環(huán)二道石棉攀根密封鑲套在管板叉排孔中，不銹鋼熱管吸熱段伸入管板下部爐膛受輻射換熱，高頻焊翅片熱管吸熱孔中，不銹鋼熱管吸熱段伸入管板下部爐膛接受輻射換熱，高頻焊翅片熱管吸熱段伸入管板下部爐膛后的煙道對流換熱，吸收燃燒器燃燒熱量，工質(zhì)低溫吸收汽化潛熱汽化，在真空管內(nèi)僅以微小的溫（壓）差以超音速的速度將熱量輸送到置于管板上部熱空氣發(fā)生室的高頻焊翅片熱管放熱段，在逆向氣流沖刷下，向潔凈空氣釋放出 凝結(jié)潛熱，快速加熱空氣，工質(zhì)冷凝成液體靠重力沿管內(nèi)壁回流到熱管下部吸熱段，再吸熱汽化，循環(huán)往復，每分鐘近千次的速度將燃燒熱量向空氣釋 放。熱管熱風爐起動快、升溫快，經(jīng)實測熱能利用率達84.3%是目前最先進的熱空氣發(fā)生爐。近二十臺熱管熱風爐通過二年左右在涂裝、烘干行業(yè)的應用完全達到了設計要求。
全自動燃油（氣）熱管熱風爐的特性：
1、熱管熱風爐是無壓設備，封閉燃燒，不見明火，可直接安裝在使用熱空氣的設備邊上使用，熱風溫度可在60-270℃范圍內(nèi)自由設定，熱風出口溫差不大于±3℃，在循環(huán)熱風烘道（箱）內(nèi)誤差在±1℃以內(nèi)。
2、熱管熱風爐采用耐高溫20G管板，熱空氣發(fā)生室頂蓋可以打開，熱管采用錐形卡環(huán)二道石棉攀根鑲套 在管板叉排孔中，所有熱管全部可以拆卸更換，便于保養(yǎng)，熱風爐的使用壽命8-15年。
3、采用可卸式插入式防爆耐高溫風機機電一體化結(jié)構(gòu)，卸下風機面板螺絲，風機傳動部件可整體卸 下，不影響外包和整體，熱管熱風爐采用彩鋼巖棉夾芯板外包，整體美觀大方。
展開 熱管原理和制造工藝解密
由于熱管的用途、種類和型式較多，再加上熱管在結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和工作液體等方面各有不同之處，故而對熱管的分類也很多，常用的分類方法有以下幾種。
(1)按照熱管管內(nèi)工作溫度區(qū)分 熱管可分為低溫熱管(—273－－－0℃)、常溫熱管(0—250℃)、中溫熱管[250－－－450℃)、高溫熱管(450一1000℃)等。
[2)按照工作液體回流動力區(qū)分 熱管可分為有芯熱管、兩相閉式熱虹吸管(又稱重力熱管)、重力輔助熱管、旋轉(zhuǎn)熱管、電流體動力熱管、磁流體動力熱管、滲透熱管等等。
(3)按管殼與工作液體的組合方式劃分(這是一種習慣的劃分方法)可分為銅—水熱管、碳鋼。水熱管、銅鋼復合—水熱管、鋁—丙酮熱管、碳鋼·榮熱管、不銹鋼．鈉熱管等等。
(4)按結(jié)構(gòu)形式區(qū)分 可分為普通熱管、分離式熱管、毛紉泵回路熱管、微型熱管、平板熱管、徑向熱管等。
(5)按熱管的功用劃分 可分為傳輸熱量的熱管、熱二極管、熱開關、熱控制用熱管、仿真熱管、制冷熱管等等。
熱管的相容性及壽命
熱管的相容性是指熱管在預期的設計壽命內(nèi)，管內(nèi)工作液體同殼體不發(fā)生顯著的化學反應或物理變化，或有變化但不足以影響熱管的工作性能。相容性在熱管的應用中具有重要的意義。只有長期相容性良好的熱管，才能保證穩(wěn)定的傳熱性能，長期的工作壽命及工業(yè)應用的可能性。碳鋼－水熱管正是通過化學處理的方法，有效地解決了碳鋼與水的化學反應問題，才使得碳鋼—水熱管這種高性能、長壽命、低成本的熱管得以在工業(yè)中大規(guī)模推廣使用。
影響熱管壽命的因素很多，歸結(jié)起來，造成效管不相容的主要形式有以下三方面，即：產(chǎn)生不凝性氣體：工作液體熱物性惡化：管殼材料的腐蝕、溶解。
展開 《從零開始學散熱》：熱管和均溫板
在這種需求下，熱管和均溫板應運而生。
熱管和均溫板的特點和典型應用
熱管（Heatpipe）和均溫板（Vapor Chamber，簡稱VC）在高功率或高集成度電子產(chǎn)品中應用廣泛。當使用得當時，它可以被簡單地理解為一個導熱系數(shù)非常高的部件。不難理解，熱管和VC可以有效消除擴散熱阻。
熱管最常見的應用實例就是鑲嵌在散熱器中，將芯片的熱量充分均攤在散熱器基板或翅片上。如左下圖所示，當芯片發(fā)出的熱量經(jīng)由導熱界面材料傳遞到散熱器上后，由于熱管導熱系數(shù)極高，熱量可以以極低的熱阻沿熱管傳播。此時，熱管又與散熱器翅片相連，熱量便可以更有效地通過整個散熱器散失到空氣當中。右下圖是基板中鑲嵌熱管的散熱器。當芯片發(fā)熱面積相對較小時，直接傳遞到散熱器的基板，會使得基板溫度分布具備較大的不均勻性。加裝熱管后，由于熱管導熱系數(shù)很高，便可以有效緩解溫度的不均勻性，提高散熱器的散熱效率。
圖1 熱管散熱器
熱管的另一種應用場景是熱量的高效轉(zhuǎn)移。這種設計在筆記本中非常常見。具體的設計起因是：芯片發(fā)熱的地方，沒有足夠的空間安裝散熱器，而在產(chǎn)品的另外較遠處，有相關空間可以安裝散熱強化部件。這時，可以用熱管將芯片發(fā)出的熱量轉(zhuǎn)移到合適的空間處進行散熱。
圖2 熱管充當“熱量轉(zhuǎn)移橋”
VC均溫板的使用相對單純很多，因為均溫板不能像熱管那樣靈活彎曲。但當芯片熱量非常集中時，均溫板的優(yōu)勢就可以體現(xiàn)出來。這是因為，均溫板就類似一個“拍扁”的熱管，它可以將熱量非常順暢地均布到整個板面上。而使用熱管鑲嵌基板的設計，那些不被熱管覆蓋的“盲區(qū)”仍會存在較大的擴散熱阻。
圖3 基板鑲嵌熱管時出現(xiàn)的均熱“盲區(qū)”
當芯片熱量非常集中時，這些盲區(qū)有時會導致非常明顯的溫差。
展開 余熱回收鍋爐，熱管的結(jié)構(gòu)與原理技術
①余熱回收鍋爐，熱管的結(jié)構(gòu)與原理：
由管殼、封頭、吸液芯、工質(zhì)等組成。管內(nèi)有工質(zhì), 工質(zhì)被吸附在多孔的毛細吸液芯內(nèi)。一般為汽、 液兩相共存, 并處于飽 和狀態(tài)。對應于某一環(huán)境溫度 , 管內(nèi)有一個之相應的蒸汽飽和壓力 。熱管與外部熱源相接觸的一端 , 稱為蒸發(fā)段 ; 與被加熱體相接觸的一端 , 稱為冷凝段 。
熱管從外部熱源吸熱 , 蒸發(fā)段吸 液芯 中工質(zhì)蒸發(fā), 局部空間的蒸汽壓力升高 , 管了兩端形成壓差 , 蒸汽在壓差的作用下 , 被驅(qū)送到冷凝段 , 其熱量通過熱管表面?zhèn)鬏斀o被熱體 , 熱管內(nèi)工質(zhì)冷凝后又 回到蒸發(fā)段, 形成一個閉式循環(huán) , 包括三個過程:蒸發(fā)段液相工質(zhì)吸熱蒸發(fā):被蒸發(fā)的工質(zhì)在冷凝段放熱冷凝 ; 冷凝的工質(zhì)又回到蒸發(fā)段再蒸發(fā)。
冷凝段——絕熱段——蒸發(fā)段
因熱管的熱力循環(huán)是在一個封 閉的管內(nèi)實現(xiàn)的, 對外界環(huán)境而言, 熱管自高熱源處吸收熱量 , 在低溫段放出熱量 。熱管僅是熱量傳輸?shù)墓ぞ?, 工質(zhì)側(cè)是熱量傳輸?shù)妮d體, 驅(qū)動工質(zhì)循環(huán) 的動 力是管兩端的溫差。
②熱管余熱鍋爐的特點
熱管具有很大的導熱系數(shù) , 它具有在小溫差下傳遞很大熱流的特性 。我們在低溫發(fā)電系統(tǒng) 中采用熱管余熱鍋爐做低溫余熱發(fā)電的熱量回收裝置 。美國休斯飛機公司對熱管換熱器和其它類型換熱器進行 了比較和評定( 結(jié)果見 附表 ) 。從表中看出, 只有板翅式換熱器的綜合指標比較接近熱管換熱器 ( 表中括號 的數(shù)字表示品質(zhì)因素, 最好是5 , 最差是 0 。
而流體通過板翅式換熱器 的壓卻比熱管換熱器高1一 2 倍, 顯然, 如將其做為回收廢氣余熱裝置, 將大大增加風機的動力消耗.
展開 『下載』非相變熱管制作
非相變熱管制作成功了
此非相變熱管是一種根據(jù)與利用物質(zhì)相變而導熱的原理相反的原理，即利用控制物質(zhì)相變而導熱的原理制造出來的熱管。
其在導熱過程中完全無相變現(xiàn)象發(fā)生。
與相變熱管相比，其導熱速度能更快，導熱密度能更大。
初步實驗證明，目前制造出來的非相變熱管除了仍部分受到地球重力作用影響，垂直向下導熱效果還不理想外，其他相變熱管的缺點幾乎都已克服。特別是不凝氣體發(fā)生和工質(zhì)回流不濟等功能性缺陷被從根本上解決了。（根據(jù)原理，只要繼續(xù)努力找到某個臨界值，非相變熱管的任意方向?qū)崾强梢詫崿F(xiàn)的。）
根據(jù)這個原理設計的制作工藝能利用任意管材和工質(zhì)，以及利用工質(zhì)的任意相態(tài)進行熱管制作并獲得相應的高效導熱結(jié)果。
非相變熱管的制造成功，并以其制作工藝的更加簡單化和更便于維修等優(yōu)勢，將使熱管能以更低廉的價位，更長的使用壽命，更迅速，更大規(guī)模地走向熱傳導和熱交換應用領域。
普通相變熱管是利用相變原理導熱。而非相變熱管是利用控制相變來導熱。
相變原理讓物質(zhì)受熱膨脹并發(fā)生相變，運動；然后釋熱，收縮，相變，運動，循環(huán)。在這樣的過程中，物質(zhì)通過形變吸熱和釋熱并循環(huán)運動。
非相變原理是控制物質(zhì)的隨熱（隨溫度）形變，從而迫使熱更快地通過各物質(zhì)單元傳導出去。
前者是攜熱運動。后者是非攜熱運動。
如果用普通人能理解的例子來說明的話，前者就像是一組人用不斷奔跑的辦法傳送物質(zhì)；后者為一組人排成行，用一個傳一個的辦法傳遞物質(zhì)。
相變原理創(chuàng)造的是能盡快的奔跑條件和更便捷的路徑。
非相變原理創(chuàng)造的是盡可能統(tǒng)一的傳遞步驟和傳遞幅度。
精靈前段時間只是根據(jù)一些實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象提出了非相變熱管設想。
最近才偶然悟出了進行非相變控制的道理，并使其變成了事實。
這主要是制造控制技術，與用什么工質(zhì)無關。
其實，早在半年多前，精靈就夢想實現(xiàn)熱管中工質(zhì)的熱諧振（或共振）狀態(tài)。卻一直苦于無法找到適當?shù)姆椒ā?/span>
展開 余熱回收鍋爐，熱管的結(jié)構(gòu)與原理技術
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余熱回收鍋爐，熱管的結(jié)構(gòu)與原理技術
①余熱回收鍋爐，熱管的結(jié)構(gòu)與原理：
由管殼、封頭、吸液芯、工質(zhì)等組成。管內(nèi)有工質(zhì), 工質(zhì)被吸附在多孔的毛細吸液芯內(nèi)。一般為汽、 液兩相共存, 并處于飽 和狀態(tài)。對應于某一環(huán)境溫度 , 管內(nèi)有一個之相應的蒸汽飽和壓力 。熱管與外部熱源相接觸的一端 , 稱為蒸發(fā)段 ; 與被加熱體相接觸的一端 , 稱為冷凝段 。
熱管從外部熱源吸熱 , 蒸發(fā)段吸 液芯 中工質(zhì)蒸發(fā), 局部空間的蒸汽壓力升高 , 管了兩端形成壓差 , 蒸汽在壓差的作用下 , 被驅(qū)送到冷凝段 , 其熱量通過熱管表面?zhèn)鬏斀o被熱體 , 熱管內(nèi)工質(zhì)冷凝后又 回到蒸發(fā)段, 形成一個閉式循環(huán) , 包括三個過程:蒸發(fā)段液相工質(zhì)吸熱蒸發(fā):被蒸發(fā)的工質(zhì)在冷凝段放熱冷凝 ; 冷凝的工質(zhì)又回到蒸發(fā)段再蒸發(fā)。
冷凝段——絕熱段——蒸發(fā)段
因熱管的熱力循環(huán)是在一個封 閉的管內(nèi)實現(xiàn)的, 對外界環(huán)境而言, 熱管自高熱源處吸收熱量 , 在低溫段放出熱量 。熱管僅是熱量傳輸?shù)墓ぞ?, 工質(zhì)側(cè)是熱量傳輸?shù)妮d體, 驅(qū)動工質(zhì)循環(huán) 的動 力是管兩端的溫差。
②熱管余熱鍋爐的特點
熱管具有很大的導熱系數(shù) , 它具有在小溫差下傳遞很大熱流的特性 。我們在低溫發(fā)電系統(tǒng) 中采用熱管余熱鍋爐做低溫余熱發(fā)電的熱量回收裝置 。美國休斯飛機公司對熱管換熱器和其它類型換熱器進行 了比較和評定( 結(jié)果見 附表 ) 。從表中看出, 只有板翅式換熱器的綜合指標比較接近熱管換熱器 ( 表中括號 的數(shù)字表示品質(zhì)因素, 最好是5 , 最差是 0 。
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IGBT用3D復合熱管散熱器的數(shù)值模擬與實驗驗證
熱管散熱器是結(jié)合先進的熱管技術及環(huán)肋散熱技術，與傳統(tǒng)散熱器相比又稱為相變散熱器，適合高熱流密度情況下的散熱，可滿足IGBT對散熱器緊湊、可靠、靈活、高效散熱、不要維修等要求。[2]
2 熱管結(jié)構(gòu)及工作原理
熱管的基本工作原理如圖1所示，典型的熱管有管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內(nèi)抽成1.3X(10-1~10-4)Pa的負壓后充以適量的工作液體，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。其工作機理是工質(zhì)液體與吸液芯之間產(chǎn)生的表面張力必須大到能克服管內(nèi)壓降，并維持工質(zhì)液體循環(huán)。當熱管的一蒸發(fā)段受熱時毛細芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向冷凝段放出熱量凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)工作。[3]
圖1 熱管原理示意圖
3D復合相變熱管散熱器，如下圖2所示，基板與復合超導平板熱管（FHP）組成3D連通的相變傳熱體系，相變基板受熱時，工質(zhì)吸收熱量，相變?yōu)檎羝?，蒸汽沿蒸汽通道將熱量傳遞至每片熱管（FHP）管道，并將熱量傳遞至遠端，F(xiàn)HP散熱翅片進行熱量交換，釋放熱量，工質(zhì)冷凝回流至相變基板區(qū)，從而形成熱量交換循環(huán)。
圖2 3D復合熱管熱流循環(huán)示意圖
3 數(shù)值仿真及實驗
3.1 仿真建模
由于熱管的傳熱存在復雜的相變（汽態(tài)-液態(tài)-汽態(tài)）情況，因此若要通過數(shù)值分析方法對熱管的傳熱進行分析，將涉及到復雜的計算流體動力學分析，熱管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使得流體的邊界條件十分復雜，而且真空的內(nèi)部傳熱情況無法實驗驗證。因此對其進行真實建模是無法做到的。
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
熱管作為一種高效的傳熱元件，具有結(jié)構(gòu)簡單、傳熱效率高、無運動部件等優(yōu)點，廣泛應用于航空航天、電子散熱、制冷空調(diào)、能源等多個領域。其中，環(huán)路熱管作為一種特殊的熱管形式，由于其冷凝段和蒸發(fā)段分開，能夠靈活地應用于各種復雜環(huán)境，如航天器內(nèi)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(yōu)化面臨著諸多挑戰(zhàn)。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(shù)變得極為困難，傳統(tǒng)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(shù)據(jù)，這嚴重制約了熱管技術的進一步發(fā)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(fā)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(shù)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(zhì)中計算蒸發(fā)及冷凝相變的能力，適用于蒸發(fā)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(xù)方程、體積分數(shù)方程、動量方程、能量方程和組分擴散方程。
蒸發(fā)和冷凝過程中的相變通過UDF在體積分數(shù)方程、能量方程和組分輸運方程中分別添加質(zhì)量源項、能量源項和相等的質(zhì)量源項實現(xiàn)。
這種算法能夠精確地模擬吸液芯的毛細現(xiàn)象、蒸發(fā)管的沸騰、冷凝器的冷凝等復雜現(xiàn)象，為熱管的設計與優(yōu)化提供了堅實的技術支持。
（二）準確、可靠的計算結(jié)果
在實際案例中，VirtualFlow軟件展現(xiàn)了優(yōu)秀的計算精度和可靠性。
展開 基于多孔介質(zhì)模型的鉀熱管數(shù)值模擬 ￥300
為研究鉀熱管內(nèi)傳熱傳質(zhì)機理，對鉀熱管進行了數(shù)值模擬。建立了固液氣三相耦合數(shù)學模型。其中對吸液芯液體流動區(qū)域采用了多孔介質(zhì)模型，該模型考慮了液體流動對熱管傳熱性能的影響。利 用ＰＨＯＥＮＩＣＳ３．６對數(shù)學模型進行數(shù)值計算，得到了熱管內(nèi)的穩(wěn)態(tài)工作參數(shù)。分析模擬結(jié)果得到了鉀熱管內(nèi)部各相工質(zhì)傳熱、傳質(zhì)機理，并與試驗數(shù)據(jù)進行了比較。結(jié)果表明，模擬結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)符合較好。
【文獻講解】基于多孔介質(zhì)模型的鉀熱管數(shù)值模擬
基于多孔介質(zhì)模型的鉀熱管數(shù)值模擬_韓冶(2).pdf
本案例模型及相關操作見附件、收費內(nèi)容部分，凡購買本案例的朋友，結(jié)合附件中的模型（聯(lián)系我方可獲取）及相關操作說明在仿真操作上還有什么疑問，請與我溝通交流。
展開 積鼎 VirtualFlow 案例 | 環(huán)路熱管相變換熱模擬，實現(xiàn)微通道氣液兩相、單相及流固耦合仿真計算
微通道熱管技術正引領多個行業(yè)邁向更高效、更環(huán)保的未來。在制冷空調(diào)領域，微通道換熱器以其高效傳熱與緊湊設計，成為提升能效的關鍵；在通信與電子行業(yè)，它有效解決了高密度設備散熱難題，助力綠色節(jié)能；交通運輸業(yè)中，微通道換熱器助力新能源汽車及傳統(tǒng)車輛空調(diào)系統(tǒng)升級，同時拓展至軌道交通與航空領域?；づc能源行業(yè)同樣受益，微通道技術提高了熱交換效率，促進了清潔能源的高效利用。此外，在生物醫(yī)療領域，微通道技術的精確溫控為藥物傳遞、細胞培養(yǎng)等提供了新可能。
1. 項目背景
環(huán)路熱管是指一種回路閉合環(huán)型熱管。一般由蒸發(fā)器、冷凝器、儲液器以及蒸氣和液體管線構(gòu)成。其工作原理為：對蒸發(fā)器施加熱載荷，工質(zhì)在蒸發(fā)器毛細芯外表面蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸氣從蒸氣槽道流出進入蒸氣管線，繼而進入冷凝器冷凝成液體并過冷，回流液體經(jīng)液體管線進入液體干道對蒸發(fā)器毛細芯進行補給，如此循環(huán)，而工質(zhì)的循環(huán)由蒸發(fā)器毛細芯所產(chǎn)生的毛細壓力驅(qū)動，無需外加動力。由于冷凝段和蒸發(fā)段分開，環(huán)路式熱管廣泛應用于能量的綜合應用以及余熱的回收。
環(huán)路熱管能將制冷機的冷量遠距離傳輸至受控元件,同時隔離制冷機對光學系統(tǒng)的電磁和機械震動干擾，環(huán)路熱管管線具有一定的柔性，方便在航天器內(nèi)靈活布局。
由于冷凝段和蒸發(fā)段分開，環(huán)路式熱管廣泛應用于能量的綜合應用以及余熱的回收。但是其結(jié)構(gòu)緊湊、面對長距離以及多點復雜的高熱流密度熱源的散熱現(xiàn)象，普通的測量設備很難精確的測量相變過程的溫度、速度等參數(shù)的變化；同時試驗的周期較長，費用很高，導致研發(fā)周期和成本都急劇增加。
針對上述現(xiàn)象，用戶單位某物理研究所提出需要環(huán)路熱管相變換熱整體解決方案，幫助其在熱管的研發(fā)設計前期，用仿真替代一部分試驗，縮短研發(fā)周期。
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