回路型重力热管蒸发腔沸腾传热的FLUENT数值分析

1、 结果总体上大于计算的结果,相差在2q之间,但温度的定性趋势变化是一致的。根据文献135提供的误差允许范围:美国的休斯顿航空公司认为,电子元件热设计实验中,数值计算结果和试验结果的温度值相差在6C以内是可以令人信服的。这里产生误差的主要原因是:计算模型完全是最理想的实验情况,而实际的实验过程是不可能和计算模型的设置是完全一致的。但是可以看出,计算模型是能够在很大程度上说明实验结果,所以计算模型和计算结果是有意义的。第二节发热功率对蒸发器内温度分布的影响图3-8加热功率lOOW 图3.10加热功率llOW 图3-9加热功率105W 图3一11加热功率115W 图3一12加热功率120W 图3.1

2、4加热功率130W 图3.13加热功率125W 图315加热功率135W 图3.16不同加热功率下蒸发器底面的图3一17加热功率140W最低和最高温度图38是电子元件发热功率为lOOW时,蒸发器底面的温度场,从图可知,越靠近速度入口,温度越低,越靠近中心处,温度越高,其余部分温度介于最低和最高温度之间。速度入口处温度最低,这是因为冷凝水以液态的形式进入蒸发器,有很大的汽化潜热,随着其汽化带走了较多的热量;而对应元件位置处温度最高,因为这里的热流密度最大,也是蒸发器传递热量最多的部分。其它发热功率下的温度场与图38趋势基本相同,只是具体温度值不同。电子元件的热设计中,表面最高温度对系统稳定性有重

3、大意义331,图316是不同加热功率下蒸发器底面的最低和最高温度,可以看出,它们随着发热功率的增大而提高,而且最大温度差也逐渐变大,说明整个底板的温度不均匀性逐渐加大。.第三节饱和温度对蒸发器内温度分布的影响 图3.18饱和温度为40图3一19饱和温度为45 图3.20饱和温度为55图3.2l饱和温度为60浙江大学硕士学位论文 图3-22饱和温度为65。C,图323饱和温度为704C7B72p科、卜5652.o格砖髑70tumlion协mm山m,图324不同工作温度下蒸发器底面的最低和最高温度图3.24所示,随着饱和温度增大,蒸发器底面的最低和最高温度均呈上升趋势,这是由于热管稳态工作温度即饱

4、和温度只有达到一定的值时,才完全启动热管最大限度传递热量。而在此之前,传递的热量没有完全转移给冷凝器,而是用来提高工质温度。底板温差随着饱和温度的增大而逐渐变小,从7.56变化到3.1。蒸发器底板的温度场分布和图3.18基本相同,只是具体温度值不同,越靠近速度入口,温度越低,越靠近中心处,温度越高,其余部分温度介于最低和最高温度之间,速度入口处温度最低。第四节充液量对蒸发器内温度分布的影响 图3-25充液量7衄图3-27充液量9衄图326充液量8衄图328充液量10岫 图3-29充液量11衄图3-30不同充液量下蒸发器底面的最低和最高温度图330所示,随着充液量的增加,蒸发器底面的最低和最高温

5、度也都随着略有降低,最低温度下降了3.22,最高温度下降了5.44,这说明在计算范围内,充液量加大,可以有更多的液体水参与汽化相变,能够带走更多的热量,从而元件表面温度降低。不过当充液量过大时候,可以预料,也会对流动产生阻碍作用。蒸发器底板的温度场分布和图3.25基本相同,只是具体温度值不同,越靠近速度入口,温度越低,越靠近中心处,温度越高,其余部分温度介于最低和最高温度之间,速度入口处温度最低。第五节强化传热表面对蒸发器内温度分布的影响通过在底板表面开通小槽道,不但增加了传热面积,而且通道表面可能附着液膜,其液膜极薄,液膜热阻几乎可以忽略,液膜在较高的壁温下迅速蒸发,生成的蒸汽汇集并逸出通道

6、361,这些能够大大增加表面的换热系数。如图331所示,矩形槽道与速度流动方向垂直时,底板的最低和最高温度分别为6l和67.8,整个底板表面温度分布很不均匀,只是在速度入口处出现了很小的片低温区域,其余区域温度在64C67.8C之间,这种槽道没有强化换热,反而破坏了工质在蒸发器内的流动,阻碍了热量的传递。 a矩形(槽道垂直速度方向,b矩形(槽道平行速度方向 图331不同强化表面时蒸发器底面的温度场第六节蒸发腔内瞬时传热过程以发热功率IOOW,饱和温度为50cYJ,取f=0.1s,初始温度to=20 :,采用时间隐式格式计算,得到的几个有代表性时刻底面温度图。控制方程和123节中的一样,非稳态计算边界条件的设置中,要利用