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理的重點。納米流體作為一種新型換熱介質(zhì)，了解其在熱管內(nèi)部進行的蒸發(fā)和冷凝過程，對理解納米流體應(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，對純水熱管和納米流體熱管的啟動過程進行分析和研究。
　　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象，運用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，對純水和Al2O3納米流體熱管內(nèi)部蒸發(fā)和冷凝過程分別進行數(shù)值計算。同時，分別計算和對比分析純水和Al2O3納米流體熱管啟動過程中蒸發(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)段壁面溫度在啟動過程中變化規(guī)律顯示，純水熱管完成啟動需要的時間為19s，隨著加熱功率的增加，啟動過程中的溫度也相應(yīng)升高。冷凝段的壁面溫度變化趨勢說明了純水熱管開始工作時間在加熱功率增大一定程度后，將會相應(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過程中的變化趨勢基本相同，說明Al2

5、O3納米流體并未改變熱管的啟動方式，但是Al2O3納米流體熱管完成啟動過程需要的時間相比純水熱管快了3秒，熱管開始工作的時間也有一定程度地加快。同時，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