脉动热管的数值模拟与可视化实验

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脉动热管是一种高效的换热装置,它结构简单、传热效率高,适应性强,由于其独特的换热方式以及换热潜力受到越来越多的关注。为了探究脉动热管运行性能和管内工质气液两相流动,本文对单回路脉动热管进行了数值模拟研究和可视化实验研究。首先建立了单回路脉动热管仿真的二维模型,结合IAPWS-IF97模型和动态接触角模型,使用C语言编写了水的物性参数(密度、比热、黏度、导热系数、声速、饱和温度)和壁面动态接触角的UDF(user defined function),成功模拟了脉动热管在低热量下的启动和运行状态,分析了在不同时间段内流动状态、温度及流速的变化情况。搭建了水浴加热下单回路脉动热管可视化实验台,从充液率和加热工况两方面分析了水浴加热下脉动热管内工质的流动状态。搭建了电加热下的单回路脉动热管可视化实验台,分析了不同加热功率和充液率下脉管内工质的流型变化、加热丝长度的影响、管内工质流速的变化以及启动时间的变化规律。单回路脉动热管的可视化实验结果表明,脉动热管内存在泡状流、塞状流、环状流和溪状流等多种流型,蒸发段和冷凝段的流型不相同,在运行过程中还存在几种流型的相互转变;加热丝长度的增加,使得相同功率下的热流密度减小,有助于提高脉动热管运行的稳定性,减少转向频率和次数。脉动热管稳定运行时,管内工质的速度会在一定范围波动,最小流速0.045 m/s,最大流速0.157 m/s。充液率10%~40%下,脉动热管内液相工质少小,容易出现局部干烧造成传热恶化;充液率50%~90%下脉动热管可以启动并稳定运行,充液率为70%时启动时间最短。随着加热功率的提高,启动时间逐渐减小,加热功率10 W~70 W下,启动时间减小的程度较大;在加热功率60 W~130 W下,启动时间变化不大。
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