納米流體重力熱管換熱特性數(shù)值研究.pdf

1、重力熱管作為一種高效的傳熱元件在換熱領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，其內(nèi)部復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過程是研究熱管換熱機(jī)理的重點(diǎn)。納米流體作為一種新型換熱介質(zhì)，了解其在熱管內(nèi)部進(jìn)行的蒸發(fā)和冷凝過程，對(duì)理解納米流體應(yīng)用于熱管的影響有重要的意義。本文在分析重力熱管結(jié)構(gòu)、工作原理、納米流體、納米流體熱管以及熱管數(shù)值模擬國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過建立重力熱管內(nèi)部傳熱傳質(zhì)過程的數(shù)值模型，對(duì)純水熱管和納米流體熱管的啟動(dòng)過程進(jìn)行分析和研究。
　　本文以外徑9.52m

2、m、壁厚0.6mm、蒸發(fā)段100mm、絕熱段50mm、冷凝段100mm的重力熱管為研究對(duì)象，運(yùn)用VOF模型和UDF技術(shù)建立了重力熱管的瞬態(tài)數(shù)值模型，在加熱功率分別為40W、60W和80W條件下，對(duì)純水和Al2O3納米流體熱管內(nèi)部蒸發(fā)和冷凝過程分別進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。同時(shí)，分別計(jì)算和對(duì)比分析純水和Al2O3納米流體熱管啟動(dòng)過程中蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段壁面溫度、熱阻以及當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)。
　　研究結(jié)果表明：純水熱管內(nèi)部的蒸發(fā)段的相變過程為核態(tài)沸

3、騰，冷凝段的相變過程為膜狀冷凝。隨著加熱功率的改變，相同時(shí)刻沸騰產(chǎn)生的氣泡在數(shù)量、大小、形狀以及位置上發(fā)生變化，同時(shí)隨著加熱功率的增加，不僅冷凝段形成連續(xù)液膜需要的時(shí)間更短，而且液膜的厚度也有一定增加。熱管蒸發(fā)段壁面溫度在啟動(dòng)過程中變化規(guī)律顯示，純水熱管完成啟動(dòng)需要的時(shí)間為19s，隨著加熱功率的增加，啟動(dòng)過程中的溫度也相應(yīng)升高。冷凝段的壁面溫度變化趨勢(shì)說明了純水熱管開始工作時(shí)間在加熱功率增大一定程度后，將會(huì)相應(yīng)提前，最快為3秒左右。此外

4、，純水熱管的熱阻隨著加熱的功率增大而減小，最小可達(dá)0.552K/W。純水熱管的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)隨著加熱功率的增加而變大，最大可達(dá)2.07×106W/m?K-1。
　　相同功率下，Al2O3納米流體熱管蒸發(fā)段相比純水熱管在相同時(shí)刻沸騰產(chǎn)生的氣泡出現(xiàn)的位置和形狀發(fā)生改變，而除了加熱功率為40W的情況下，冷凝段的液膜在相同加熱功率下可以明顯看到厚度的增加。Al2O3納米流體熱管蒸發(fā)段、絕熱段以及冷凝段啟動(dòng)過程中的變化趨勢(shì)基本相同，說明Al2

5、O3納米流體并未改變熱管的啟動(dòng)方式，但是Al2O3納米流體熱管完成啟動(dòng)過程需要的時(shí)間相比純水熱管快了3秒，熱管開始工作的時(shí)間也有一定程度地加快。同時(shí)，Al2O3納米流體熱管蒸發(fā)段壁面溫度相比純水熱管最高下降0.61％，以及冷凝段壁面溫度最高上升0.36%，說明了 Al2O3納米流體熱管擁有比純水熱管更好等溫性。Al2O3納米流體熱管相對(duì)于純水熱管熱阻有了一定程度的下降而當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)有了一定程度的上升，最大下降和上升率都出現(xiàn)在加熱功率為6