沸騰傳熱的案例
案例教程|沸騰傳熱傳質
本案例來源于Fluent官方教程，基于Mixture多相流模型及Evaporation-Condensation模型模擬沸騰中的傳熱傳質過程。
物理模型
2D方形容器，底部為壓力出口邊界，底部為200℃恒溫邊界，四周為絕熱邊界，容器內水的溫度為99℃。
特斯拉閥協同毛細微柵欄結構熱沉?
來源 |
Nature Communications，傳熱傳質青委會
原文 | https://doi.org/10.1038/s41467-023-39289-5
01
背景介紹
微通道流動沸騰傳熱是一種較為理想的氣液兩相散熱技術，具有散熱效率高、均溫性好等獨特優勢，在100W/cm2以上量級高熱流密度功耗元器件冷卻散熱領域具有廣闊的應用前景。但是，微通道流動沸騰在實際應用中長期存在著兩相逆流不穩定性和流型混沌無序等瓶頸問題，嚴重影響其散熱能力和工作穩定性。因此，如何抑制兩相逆流不穩定性、形成定向有序的高效傳熱流型，已成為微通道流動沸騰傳熱強化的前沿熱點問題。
02
成果掠影
東南大學陳永平教授、李文明教授與香港理工王鉆開教授研究團隊受到“流體二極管”—特斯拉閥的啟發，原創性地開發了一種新型微通道流動沸騰散熱熱沉。該熱沉通道采用周期性特斯拉閥結構流道充分抑制氣液兩相逆流，同時配合側壁毛細微柵欄結構誘導形成穩定持久的側壁面薄液膜，實現了氣液兩相工質的定向有序流動和穩定高效的薄液膜蒸發傳熱，顯著提升了微通道流動沸騰的穩定性和傳熱性能。相較傳統光滑平直微通道熱沉，該型熱沉在總流量為0.36kg/h條件下的流動沸騰換熱系數和散熱熱流密度分別提高了6倍和5倍，可達175 kW/cm2K和830 W/cm2。同時，研究還探明了該型熱沉換熱性能的躍升現象，并發現通道出口蒸汽干度0.25是其沸騰換熱性能躍升的閾值。這項工作為開發更為高效穩定的微通道氣液兩相散熱冷卻技術提供了嶄新思路。
展開 用于增強相變冷卻的液體超擴散助推高性能噴射流沸騰技術
來源 | Advanced Materials
01
背景介紹
通過設計微/納米結構和調控表面潤濕性來提高沸騰傳熱一直是人們普遍關注的話題，因為它在各種工業領域有著巨大的需求。通過利用工作流體（如氟化電子液體）沸騰的液體-蒸汽潛熱交換實現的相變冷卻，有利于將來大量技術或應用中的高功率密度電子設備的熱管理，在包括5G、云計算、大數據、區塊鏈、人工智能等領域具有巨大的潛力。然而，沸騰傳熱作為一種動態的界面現象，對其包括液體再濕潤和蒸汽離開等過程和機制的深入理解仍然具有挑戰性。
02
成果掠影
中國科學院理化技術研究所江雷院士、田野副研究員等人設計了一種含有周期性微槽/金字塔陣列的微/納米結構銅表面，其上有機冷卻劑的超擴散行為（<134.1 ms）極大地促進了液體再濕潤過程，從而產生特化的、超快的射流沸騰現象，同時使臨界熱通量和傳熱系數分別提高了80%和608%。對噴射流沸騰微氣泡的成核、生長和分離行為的原位觀察表明，帶有納米皺紋的微型溝槽/金字塔通過超擴散誘導的超快液體再濕潤和持續蒸汽膜凝聚促進了潛熱交換過程。最后通過對超擴散微/納米結構的優化，以超低電力使用效率（PUE<1.04）實現了高性能相變冷卻在超級計算機中心CPU芯片熱管理中的應用。該研究以題為“Liquid Super-Spreading Boosted High-Performance Jet-Flow Boiling for Enhancement of Phase-Change Cooling”的論文發表在《Advanced Materials》上。
展開 三維管內沸騰仿真分析-關鍵設置 ￥4.99
利用Fluent軟件可仿真分析如下圖所示的管內沸騰傳熱仿真分析。
設置關鍵點如下：
1，首先是網格，網格一定要足夠密，否則就無法精確的捕捉氣相的生成，氣液相交界面就會不光滑，仿真效果會很差，我這里采用的網格最小尺寸為0.001m，也就是1mm，當然為了更精確，網格尺寸還可以更小，并采用細長網格，斷面采用0.001m，長度方向0.01m。
OpenFOAM 多相流基礎培訓
基于雙流體模型求解氣液兩相流
理論方法介紹，氣液兩相受力分析，IACT輸運方程的實現，壁面沸騰模型（RPI）
雙流體模型中湍流模型的實現
案例介紹：管道沸騰傳熱
注：最終的培訓內容可能會根據課程的時間以及學員的興趣作出調整。請自備電腦及相關軟硬件設備。
授課嘉賓介紹
符凱，2010年獲瑞典皇家工學院理學博士學位。先后在瑞典皇家工學院物理系核反應器技術部、北京計算科學研究中心力學部做博士后研究工作。曾主持開展北歐核工業界資助項目NORTHNET Roadmap 1以及中國博士后科學基金面上資助項目。已發表期刊論文8篇，會議報告5篇。主要研究方向是：兩相流界面處理方法，兩相流相變模型。
邱小平，博士2017年6月畢業于中國科學院過程工程研究所，有5年OpenFOAM使用和二次開發經驗，現從事CFD開發相關工作。主要研究興趣：氣固兩相流動的數值模擬方法，包括雙流體模型和離散顆粒方法；湍流模型；空化以及其產生的噪聲的數值模擬。
吳玉欣，博士。分別于2009年和2014年在中國科學技術大學熱科學和能源工程系獲工學學士和博士學位。現任教于安徽工業大學，主要研究方向為湍流燃燒、高能燃料燃燒及燃燒污染物生成的數值模擬。在OpenFOAM計算流體軟件開發領域積累了五年以上的研發經驗，曾首次開發出基于小火焰模型的OpenFOAM燃燒計算模塊，同時具備多年的CHEMKIN及Cantera等反應動力學計算軟件開發經驗。
課程費用及支付信息
本期課程 3000 元 / 人。前10位報名參加者可享受9折優惠。課程費用包括培訓費、教材費、午餐及茶歇。住宿及晚餐需自理。
掃碼報名咨詢
展開 R1234yf新一代環保制冷劑泄漏檢測用什么傳感器？
R1234yf的沸騰傳熱性能略優于R134a,且冷凝過程壓降比R134a低5%～10%,優于R134a系統。 在諸多R1234yf和R134a系統的仿真和實驗研究中,R1234yf熱泵性能略低于R134a,但可以通過優化零部件、強化補氣、改善工況等方式使其與R134a十分接近甚至超越。 R1234yf低壓飽和壓力比R134a高約15%,可以適配更高的壓縮機轉速,低溫下制熱性能比R134a更好,且較低的壓縮機排氣溫度使系統工作更為穩定,強化補氣的效果也優于R134a。
R1234yf的應用領域
R1234yf可以應用于冰箱制冷劑、滅火劑、傳熱介質、推進劑、發泡劑、起泡劑、氣體介質、滅菌劑載體、聚合物單體、移走顆粒流體、載氣流體、研磨拋光劑、替換干燥劑、電循環工作流體等領域。
R1234yf制冷劑的研究始于2007年，2010年得出的結論是該制冷劑作為新型制冷劑可以在汽車中安全使用。R1234yf被認為是汽車空調可選擇的替代制冷劑，并滿足環保和客戶的雙重要求。 并由美國杜邦與霍尼韋公司生產投放市場
歐洲出臺過一項法規，要求從當年年初開始所有在歐洲范圍內生產、銷售的新車必須采用新型環保的R1234yf作為汽車空調制冷劑，來取代原先使用的制冷劑R134a（制冷劑在密封的空調系統中循環流動，制冷劑的好壞對于整個系統而言非常重要），原因在于R1234yf的全球變暖潛能值僅僅為4GWP，而老一代制冷劑R134a高達1300GWP，相較而言，新型制冷劑基本對全球變暖沒有什么影響。
自2017年1月1日起，在歐洲境內生產和銷售的所有新車，禁止使用GWP＞150的制冷劑。可以看出廣泛作為汽車空調制冷劑的R134a(GWP=1300)的逐步淘汰將成為必然趨勢。
展開 OpenFOAM 多相流基礎培訓
基于雙流體模型求解氣液兩相流
理論方法介紹，氣液兩相受力分析，IACT輸運方程的實現，壁面沸騰模型（RPI）
雙流體模型中湍流模型的實現
案例介紹：管道沸騰傳熱
注：最終的培訓內容可能會根據課程的時間以及學員的興趣作出調整。請自備電腦及相關軟硬件設備。
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符凱，2010年獲瑞典皇家工學院理學博士學位。先后在瑞典皇家工學院物理系核反應器技術部、北京計算科學研究中心力學部做博士后研究工作。曾主持開展北歐核工業界資助項目NORTHNET Roadmap 1以及中國博士后科學基金面上資助項目。已發表期刊論文8篇，會議報告5篇。主要研究方向是：兩相流界面處理方法，兩相流相變模型。
邱小平，博士2017年6月畢業于中國科學院過程工程研究所，有5年OpenFOAM使用和二次開發經驗，現從事CFD開發相關工作。主要研究興趣：氣固兩相流動的數值模擬方法，包括雙流體模型和離散顆粒方法；湍流模型；空化以及其產生的噪聲的數值模擬。
吳玉欣，博士。分別于2009年和2014年在中國科學技術大學熱科學和能源工程系獲工學學士和博士學位。現任教于安徽工業大學，主要研究方向為湍流燃燒、高能燃料燃燒及燃燒污染物生成的數值模擬。在OpenFOAM計算流體軟件開發領域積累了五年以上的研發經驗，曾首次開發出基于小火焰模型的OpenFOAM燃燒計算模塊，同時具備多年的CHEMKIN及Cantera等反應動力學計算軟件開發經驗。
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展開 錯過直播？13場Ansys 2026 R1新功能系列研討會回放已開
適合人群：熱設計工程師、電子散熱工程師、結構工程師
NO.6 Ansys Fluent 2026新功能介紹及行業應用
核心價值：GPU原生求解器性能提升40%+，內存節省25%；支持VOF多相流+能量方程、沸騰傳熱等復雜問題。
適合人群：CFD工程師、流體動力學專家、熱管理工程師
——————第二部分：新能源汽車數字孿生——————
2026年中國智能算力規模達1090EFlops，新能源汽車車規級高端芯片市場規模預計達380億美元，同比增長42%。
四大核心挑戰：
"三電"系統效率：電機、電控、電池的協同優化
電池熱管理：熱失控風險預測與預防
ADAS驗證：自動駕駛算法的安全性與可靠性
功能安全（ISO 26262） ：滿足嚴苛的國際安全標準
NO.1 SaberRD關于電力電子方向的新功能介紹
核心價值：IGBT/MOSFET等特征化建模更新，測試自動化更新；SaberRD+Ansys工具鏈的無限可能。
適合人群：電力電子工程師、BMS工程師、新能源汽車研發人員
NO.2 聯創Omniverse，升級仿真精度，AVX新功能介紹
核心價值：使用NVIDIA Omniverse數字資產搭建ADAS仿真場景。生成式數據AI訓練，自動駕駛軟件工具鏈集成。
適合人群：自動駕駛算法工程師、ADAS測試工程師、虛擬仿真專家
NO.3 新一代嵌入式軟件解決方案 - Ansys Scade One
核心價值：符合ISO 26262、DO-178C標準的嵌入式軟件開發。PyScadeOne API，融入Python生態圈。
展開 傳熱強化技術的研究
制冷設備中的主要工作過程之一是對流傳熱，流體的傳熱特性對設備的效率有重要影響；但制冷設備中的傳熱介質，如制冷劑、水及空氣等，針對不同的場合，均可能成為傳熱過程的主要熱阻環節。因此，對于由多個換熱器組成的系統而言，還需考慮各個換熱器之間的匹配與優化對整個系統效率的影響。
傳熱強化技術的研究
1、適合于強化空調傳熱的縱向渦發生器
布置渦發生器的翅片表面
在試驗段放置的情況
不同攻角下的縱向渦傳熱特性
設置于圓管附近的縱向渦發生器能顯著減小圓管的回流區，既減小壓降，又強化了傳熱
新設計的采用環狀布置的渦發生器的換熱面
2、 強化沸騰傳熱的降膜蒸發
1）基本情況介紹：蒸發器是中央空調和熱泵系統的重要組成部分。目前大多數蒸發器采用滿液式蒸發形式，制冷劑充灌量大，液體靜壓影響大；回油性能差，蒸氣帶液現象嚴重。降膜蒸發可克服這些缺點。
降膜蒸發：制冷劑經布液器分配到換熱管表面，然后在重力作用下沿換熱管壁面流下并吸熱蒸發的過程。
優點：制冷劑充灌量小；傳熱系數大；無靜壓影響；回油性能好；低溫差情況下傳熱性能優良。
展開 芳烴聯合裝置靜設備特點及節能技術的應用
2.4 高通量換熱管
高通量換熱管是在換熱管外側加工成縱向翅片，內壁或外側燒結1層特殊覆層，可使傳熱表面積大為增加，并提供大量汽化核心，強化管內或管外泡核沸騰傳熱，傳熱效率大約是普通換熱管（光表2 不同塔盤技術的二甲苯塔對比方案1方案2塔盤型式四溢流浮閥塔盤多降液管式塔器規格/mmΦ9600/Φ11200×107170(T/T)Φ9000/Φ9700×95190(T/T)塔盤層數155155殼體壁厚/mm74/9470/82塔內件質量/t1150800塔器殼體質量/t33502200塔器總質量/t45003000管）的2~4倍，可減小換熱器直徑、管長或設備臺數，減小占地、降低能耗、節省投資。早期高通量換熱管多為進口專利產品，隨著國產高通量換熱器的成功開發和推廣，在近幾年的新建裝置中逐步替代了進口產品，如某芳烴裝置中抽余液塔重沸器和抽出液塔重沸器采用國產的外溝槽、內壁燒結的高通量換熱管，抽余液和抽出液塔頂蒸汽發生器、脫庚烷塔底重沸器和成品塔底重沸器選用了國產的外壁燒結高通量換熱管，運行情況良好。
2.5 雙管板換熱器
芳烴工藝流程長，分餾塔多，大部分的塔頂低溫熱由于溫位較低，難以得到有效利用，以往多采用空冷及水冷來進行冷卻，是芳烴裝置能耗較高的原因之一。國產芳烴成套技術發明了回收低溫熱發生蒸汽，驅動透平發電的工藝專利技術。低溫熱的利用需要使用管殼式換熱器進行熱交換，而芳烴裝置中的催化劑和吸附劑對水含量有嚴格的限制，無論是采用發生低壓蒸汽還是熱水回收，如選用一般的單管板式管殼式換熱器，一旦因管板和換熱管之間的連接出現失效而造成管殼程竄漏，泄漏的水分可能會降低異構化催化劑和吸附劑的性能，這將對芳烴裝置造成極大的危害。
展開 深度學習|太空“帶貨”，在軌放“衛星”！細說“夢天”那些“黑科技”
主要面向微重力科學研究
“夢天”實驗艙主要面向微重力科學研究，上面裝有超冷原子物理實驗柜、高精度時頻實驗柜、高溫材料科學實驗柜、兩相系統實驗柜、流體物理實驗柜、燃燒科學實驗柜、在線維修裝調實驗柜等7個方面的8個科學實驗柜（其中高精度時頻實驗柜由2個艙內科學實驗柜和4臺艙外設備組成一個完整的實驗系統），支持開展重力掩蓋下的多相流與相變傳熱、基礎燃燒過程、材料凝固機理等物質本質規律研究以及超冷原子物理等前沿實驗研究等。
超冷原子物理實驗柜主要是利用空間微重力環境條件，建立具有超低溫、大尺度、高質量、適合精密測量的玻色-愛因斯坦凝聚態工作物質的開放實驗系統，開展前沿基礎物理研究，是世界領先的中國首個微重力超冷原子物理實驗平臺。
高精度時頻實驗柜是空間站中最復雜的實驗柜。高精度時頻實驗系統通過艙內不同特性原子鐘組合，將建成世界上在軌運行的精度最高的空間時間頻率系統。
高溫材料科學實驗柜是可以在空間站微重力環境下進行材料制備、加工、原位檢測、實時觀察和診斷于一體的新型實驗裝置，裝置的最高工作溫度、溫度穩定度、樣品數量、實時觀察成像技術等均處于國際領先水平。
兩相系統實驗柜主要是支持開展空間蒸發與冷凝相變、沸騰傳熱、兩相流動與回路系統、空間流體控制等關鍵科學問題與技術應用研究。
流體物理實驗柜主要是支持開展空間微重力環境中流體的宏觀、微觀運動，擴散過程的基本規律研究，超越了“國際空間站”3個已有的專用流體實驗柜形成的綜合測試手段和能力，將成為國際上技術最完備、設備最先進的空間流體物理實驗平臺。
燃燒科學實驗柜是能夠支持在軌開展微重力燃燒基礎科學研究的一套科學實驗系統，對于完善燃燒基礎理論、發展先進燃燒技術有著重要意義。
在線維修裝調實驗柜主要是支持艙內科學實驗與技術試驗的精細機械操作、結構和電子學裝配、機構潤滑等操作及試驗驗證，并支持開展空間機器人和遙科學技術試驗。
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報名開啟 | Ansys 新功能系列直播即將上線，全面解析新一代仿真能力
VOF + 能量方程（β）：支持溫度相關物性，沸騰、傳熱等復雜問題；傳熱與輻射：殼體導熱、滑移網格下 S2S 輻射、環境輻射模型等
3. 工程實用性與建模穩定性改進。新的 LES 壁面函數、k-ω SST / GEKO 近壁處理，對網格要求更友好
4. 自動化、Web UI 與 PyFluent 生態持續強化。Web UI 覆蓋更多核心模型（多相流、燃燒、傳熱、電化學）；表達式（Expressions）能力全面增強：PyFluent API更新；HPC Platform Services（HPS）（一鍵提交本地/云端作業、遠程后處理與自動報告生成）
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3/27 | Ansys medini 2026 R1新功能及案例分享
時間：14:00-15:00
主題簡介：
1. 功能改進和新增特性
2. 協同開發平臺功能的改進
3. 數字安全管理模塊DSM的改進
4. medini SE的改進
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3/27 | 沖壓成形分析工具Ansys Forming 2026 R1新功能介紹
時間：15:30-16:30
主題簡介：在金屬板料沖壓成形過程中，材料性能波動、工藝參數離散性以及復雜成形路徑，都會顯著影響零件質量與工藝穩定性。傳統依賴經驗與反復試模的方式，已難以滿足當前對開發周期、成本控制和一致性的要求。
Ansys Forming 基于 LS-DYNA 成形求解能力，結合 Ansys 自研的現代化前后處理與流程管理，為工程師提供從高精度成形預測到工藝穩健性評估的完整解決方案。
展開 干式蒸發器 滿液式蒸發器 降膜式蒸發器的區別
這種同時強化管外沸騰和管內傳熱的高效傳熱管，使其傳熱系數較光管提高了5倍左右。
降膜式蒸發器
降膜式蒸發器，也稱之為噴淋式蒸發器，這種換熱器與滿液式蒸發器相似，但是它又與滿液式蒸發器有區別。這種蒸發器的制冷劑是從換熱器的上部噴淋到換熱管上，制冷劑只是在換熱管上形成一層薄薄的冷劑液膜，這樣冷劑在沸騰蒸發時便減少了靜液位壓力，從而提高了換熱效率，其換熱效率較滿液式機組提高了5左右。
降膜蒸發是流動沸騰，由于管外表面的液膜層厚度小，沒有靜壓產生的沸點升高，傳熱系數高。而滿液式蒸發（也就是沉浸式蒸發）產生的氣泡易于集聚在換熱管的表面，導致換熱效率下降，其換熱效果不如降膜蒸發。總的來說降膜蒸發屬于小溫差情況下，但要防止結垢，影響傳熱效率。
“冷水機組”，是對一種制冷機組的習慣命名法，這種“冷水機組”一般用于中央空調的冷源，或者空調工況的制冷，輸出的是低溫的冷水，通常叫做“冷凍水”，故而得名。一般把只能制冷的叫做冷水機組，而能同時制熱的，我們叫做“熱泵”機組。
而“滿液式”是指機組所用的“殼管式蒸發器”采用了“滿液式蒸發器”的形式，這是區別于“干式”、“降膜式”的一種殼管式蒸發器。它的“殼程”內走制冷劑循環，“管程”內走冷凍水循環，從剖面上看，就好像是筒體里有大半筒制冷劑，而走水的管束浸泡在制冷劑里。它和“干式蒸發器”剛好相反，干式的是“管程”走制冷劑，“殼程”走水，好比制冷劑管束浸泡在水里。
展開 榮耀揭曉！Ansys 2025 仿真應用大賽結果及大會現場展示
大容量磷酸鐵鋰電池的熱失控行為呈現三維傳播特性，熱失控期間其內部電解液沸騰使得傳熱行為復雜，制約了高安全電池設計。本文通過模型量化呈現了電解液吸熱相變后的傳熱傳質過程，通過實驗獲得了模型所需輸入，例如電池熱失控產熱量、產氣量、內部壓力、電解液相變吸熱參數、熱失控噴發質量流量及等。在模型與實驗結果對比中，電池正表面溫度的決定系數R2為0.9258，背表面溫度決定系數R2為0.9046。安全閥開啟后電解液吸熱氣化的實驗結果與模擬結果相差7℃，精確的溫度計算將提升電池模組熱失控隔熱設計的可靠性。
張克鵬 | 浙江三尚智迪科技有限公司 技術中心主任
作品名稱：基于Ansys Fluent的電子膨脹閥空化特性數值與實驗研究
作品簡介：電子膨脹閥是空調系統的關鍵控制部件，主要用于流量調節和節流膨脹。但在小開度下，制冷劑流經電子膨脹閥時會因節流產生兩相流，氣相的形成與潰滅會產生噪聲。本研究通過 ANSYS Fluent 數值分析，探究不同開度下制冷劑進入閥內的空化特性，以闡明電子膨脹閥流動誘導噪聲的產生原因。為此設計了帶閥芯凹槽結構的電子膨脹閥，并對閥門流動噪聲進行實驗對比分析。結果表明：隨閥開度增大，制冷劑流量、氣相比例和湍動能均減小；相同工況下，優化模型的最大噪聲水平較原模型降低 10.3%，顯著低于原模型的最大峰值。
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史浩然 | 比亞迪股份有限公司
作品名稱：電動汽車輪轂電機多學科仿真設計集成平臺
作品簡介：電機產品的設計流程復雜且涉及力、熱、電磁等多物理場及其耦合。當前的策略多采用獨立的仿真軟件對單 個物理場進行優化設計，缺乏統一設計平臺和數據交互系統，導致產品開發效率 低、多學科設計流程割裂等實際問題。
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