兩相閉式熱虹吸管傳熱性能的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬本文簡(jiǎn)述了熱管的分類、工作原理及特性,并從固有參數(shù)和操作條件兩個(gè)方面介紹了近年來(lái)兩相閉式熱虹吸管強(qiáng)化傳熱的研究進(jìn)展。目前許多研究者對(duì)兩相閉式熱虹吸管展開(kāi)了大量的研究,但由于實(shí)驗(yàn)可視化困難、影響因素眾多且存在協(xié)同作用等因素,導(dǎo)致針對(duì)兩相閉式熱虹吸管的傳熱機(jī)理難以進(jìn)行深層研究,且研究成果存在許多分歧。本文分別制造了兩支外形尺寸相同的銅-水兩相閉式熱虹吸管,檢驗(yàn)了其有效性,其中一支為普通兩相閉式熱虹吸管,另一支為蒸發(fā)段帶有內(nèi)插件結(jié)構(gòu)的兩相閉式熱虹吸管。兩相閉式熱虹吸管總長(zhǎng)610mm、無(wú)效長(zhǎng)度10mm、蒸發(fā)段長(zhǎng)200mm、絕熱段長(zhǎng)100mm、冷凝段長(zhǎng)300mm,管殼由內(nèi)徑8mm、壁厚1mm的T2紫銅管制成。搭建了兩相閉式熱虹吸管傳熱性能實(shí)驗(yàn)臺(tái),針對(duì)加熱功率、傾角及內(nèi)插件結(jié)構(gòu)對(duì)兩相閉式熱虹吸管傳熱性能的影響展開(kāi)研究,實(shí)驗(yàn)中加熱功率分別設(shè)定為200W、275W、350W、425W、500W,傾角分別設(shè)定為30o、45o、60o、75o、90o。同時(shí)本文建立了兩相閉式熱虹吸管的數(shù)值模型,驗(yàn)證了數(shù)值模型的可靠性并對(duì)兩相閉式熱虹吸管傳熱性能及內(nèi)部傳熱傳質(zhì)和流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬研究。應(yīng)用數(shù)值模擬從傳熱性能的影響因素分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,獲得了傳熱機(jī)理。結(jié)果表明:本文所提出的模型實(shí)現(xiàn)了兩相閉式熱虹吸管內(nèi)部流動(dòng)和傳熱過(guò)程的模擬,利用可視化模塊可對(duì)實(shí)驗(yàn)中兩相閉式熱虹吸管傳熱性能變化趨勢(shì)及其內(nèi)部傳熱機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的研究和預(yù)測(cè)。兩相閉式熱虹吸管蒸發(fā)段熱阻隨加熱功率的增大而先減小后增大,總熱阻、冷凝段熱阻隨加熱功率的增大而單調(diào)減小。從模擬結(jié)果的可視化中可以發(fā)現(xiàn),氣泡的形成、碰撞、合并等行為是加熱功率影響蒸發(fā)段傳熱性能和傳熱機(jī)理的主要原因,隨著加熱功率的增大,蒸發(fā)段傳熱機(jī)理逐漸由混合對(duì)流向核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)變,當(dāng)傳熱機(jī)理為核態(tài)沸騰時(shí),蒸發(fā)段傳熱性能最佳。冷凝段蒸氣流速隨加熱功率的增大而增大,在氣-液界面剪切力的作用下,削弱液膜厚度、降低液膜導(dǎo)熱熱阻并增強(qiáng)蒸氣與銅質(zhì)壁面對(duì)流換熱強(qiáng)度,改善冷凝段凝結(jié)傳熱,此為影響冷凝段傳熱性能的原因之一。在不發(fā)生傳熱惡化的前提下,對(duì)于蒸發(fā)段傳熱性能而言最佳傾角為60o,相比于傾角為90o的條件下,兩相閉式熱虹吸管蒸發(fā)段熱阻降低12.1%。從模擬結(jié)果的可視化中可以發(fā)現(xiàn),存在傾角條件下,因兩相閉式熱虹吸管蒸發(fā)段上下兩側(cè)受到不同的上浮驅(qū)動(dòng)力,而影響上下兩側(cè)壁面氣泡合并、脫離等過(guò)程,從而影響兩相閉式熱虹吸管的蒸發(fā)段傳熱性能。兩相閉式熱虹吸管冷凝段熱阻在傾角為45o時(shí)達(dá)到最小值,相比于傾角為90o條件下,五種加熱功率下的兩相閉式熱虹吸管冷凝段熱阻平均降低10.7%?？偀嶙杈?0o時(shí)達(dá)到最小值,相比于傾角為90o的條件下,四種加熱功率條件下兩相閉式熱虹吸管蒸發(fā)段熱阻平均降低8.8%。對(duì)于帶有內(nèi)插件兩相閉式熱虹吸管蒸發(fā)段性能隨加熱功率的增大而先減小后增大,當(dāng)加熱功率為275W時(shí)蒸發(fā)段熱阻、總熱阻均達(dá)到最小值,從模擬結(jié)果的可視化中可以發(fā)現(xiàn),加熱功率較低的條件下,內(nèi)插件結(jié)構(gòu)使蒸發(fā)段內(nèi)形成更多的氣化核心,而加熱功率過(guò)高的條件下,內(nèi)插件結(jié)