脉动热管数值模拟

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脉动热管的流动可视化及传热特性的实验研究的开题报告

脉动热管的流动可视化及传热特性的实验研究的开题报告一、研究背景和意义热管是一种基于传热工作原理的高效换热器件，可用于任意介质、任意方向的传热，具有传热效率高、传热距离远、体积小等优点。

脉动热管则是一种特殊的热管类型，其工作原理是通过周期性地改变工作介质的相态，产生流动脉动以增强传热效果。

近年来，随着流动可视化技术和数值模拟方法的发展，脉动热管的研究越来越受到关注。

本研究旨在通过脉动热管的流动可视化和传热实验，探究脉动热管内部的流动规律和传热特性，为脉动热管的设计和应用提供科学依据。

二、研究内容和方法1.研究内容：（1）脉动热管的工作原理和结构特点的介绍；（2）脉动热管内部流动规律的流动可视化研究；（3）脉动热管传热实验，探究不同参数下的传热性能；（4）研究结果的分析和讨论，提出脉动热管的优化设计方案。

2.研究方法：（1）文献综述、实验研究和理论分析相结合的方法；（2）使用流体力学仿真软件模拟脉动热管的流动；（3）采用流动可视化技术观察流动规律；（4）设计不同参数的传热实验，并通过数据分析得出传热特性。

三、预期成果和意义通过本研究，预期可以得出以下成果：（1）脉动热管内部的流动规律和传热特性的实验数据，为脉动热管的设计和应用提供依据；（2）发现脉动热管的优缺点，为进一步优化设计提供引导；（3）提出脉动热管的优化设计方案和应用前景，为相关领域的研究和开发提供参考。

四、研究计划和进度安排（1）文献综述和理论分析：1个月（2）仿真模拟和流动可视化实验：3个月（3）传热实验和数据分析：2个月（4）结果分析和论文撰写：1个月预计总计划时长为7个月，时间分配合理，按计划推进。

如有变化将及时调整。

脉动热管强化传热技术研究进展

脉动热管强化传热技术研究进展张东伟; 蒋二辉; 周俊杰; 沈超; 徐荣吉; 杨绍伦【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)021【总页数】7页(P1-7)【关键词】脉动热管; 强化换热; 研究方法【作者】张东伟; 蒋二辉; 周俊杰; 沈超; 徐荣吉; 杨绍伦【作者单位】郑州大学化工与能源学院热能系统节能技术与装备教育部工程研究中心郑州450001; 郑州大学土木工程学院郑州450001; 北京建筑大学北京市建筑能源综合高效综合利用工程技术研究中心北京100044【正文语种】中文【中图分类】TK124; TH137换热器作为化工行业的核心设备，提高其换热效率有利于推动系统效能的提升。

在强化换热技术发展过程中，毛细芯式的反重力换热器成为改良重力式和分离式换热器换热高度差这一缺陷的有效途径，但自身的复杂结构和环境适应性差等限制了其走向工业化。

与此同时，脉动热管因其具有结构简单、结构尺寸紧凑、性能稳定、换热高效及普适性强等特性[1]，使其在新能源换热技术、电子设备、微电子热处理、航空航天的深低温技术及核能等领域具有独特的技术优势和广阔的市场前景和经济价值[2—5]。

因此，进一步认识脉动热管的传热机理有助于提升其换热效率。

近年来脉动热管的可视化实验已经对其性能影响因素分析取得了丰硕成果，但强化脉动热管传热机理的研究依然缺乏统一性认识。

本文致力于概括和整理近年来在结构和工质选型方面强化脉动热管传热的研究进展，同时汇总在提高机理认识方面新技术，最后提出目前热管领域存在的问题和技术难点，希望能为脉动热管的优化设计提供有益的借鉴。

1 脉动热管的技术简介脉动热管技术最早由Akachi等提出[6—9]，其结构模型如图1所示，主要包括闭环和开环回路的毛细蛇形结构，分为蒸发段、绝热段和冷凝段。

因其具有结构简单、热响应快、传热高效、性能稳定、价格低廉、无功耗和普适性好的优势和克服传统热管易受黏性、毛细力、飞散以及沸腾制约传热极限等不足的缺点的能力，目前己经在微电子散热、核电站开发、太阳能集热、制冷空调和航空航天等领域展现出良好的应用前景。

脉冲管制冷机的整机二维数值模拟

Ｔｗｏ－ｉｅｓｏａｍｅｉａｉｕｌｔｏｆ－ｄｍｎｉｎｌ－ＮｕｒｃｌｍａｉｎｏｔｒｌｅＴｕｆｉｅａｏＳＥｎｉｅＰｕｓｂｅＲｅｒｇｒｔｒ
ＣｈｎＬｉｇＺｈｎｇｅｎａｅａｌｉＸｉｏｉｎＬｉｉｘｎ
ｔｍｐｒｔｒｒｐｒｔｓｈｇｅｔＩｄｉｏ，ａｇｒｓｕｅａｌｕｅａｄｌｗｅｈｒｅｐｅｓｅＣｌａｓｎａｃｈｅｒｇｒｔｇｅｅａｕｅｄＯａｅｉｉｈｓ．ｎａｄｔｎｌｅｐｅｓｒｍｐｉｄｉｒｔｎｏｒｃａｇｒｓｕａｌｌｏｅｈｎｅｔｅｒｆｅａｉｒｉｎｅｆｃｆｅｐｌｅｔｂｅｒｇｒｔｒｆｅｔｔｕｓｅｒｆｅａｏ．ｏｈｕｉＫｅｗｏｄｙｏｏｙＰｌｅｔｂｅｒｅａｏ；ｍｅｃｌｉｌｔｏ；ｒｑｅｃ；ａｇｒｓｕｅＰｅｓｒｍｐｉｄｙｒｓＰｒｌｇ；ｕｓｅｒｆｇｒｔｒＮｕｒａｍｕａｉｎＦｅｕｎｙＣｈｒｅｐｅｓ；ｒｓｕｅａｌｕｅｕｉｉＳｒｔ
脉冲管制冷机的整机二维数值模拟
陈灵张宇魏小林余立新
１０９）０１０（中国科学院力学研究所北京摘要
利用ＦＵＥ软件对脉冲管制冷机进行了二维轴对称数值模拟。和文献中实验的是合理的，能准确预报脉冲管制冷机的最低制冷温度。进而，对中科院自主开发的脉冲管制冷系统进行了数值研

脉动风荷载时程数值模拟研究

脉动风荷载时程数值模拟研究陈颖;陈小兵;何微【摘要】Nowadays, engineering structure is increasingly becoming large,complicated and ultrahigh transfinite,and research of structure wind vibration response attracts the attention of academia and engineering field . It is helpful to grasp the wind-induced vibration characteristics of the structures and reduce wind -induced disasters by numerical way to simulate the fluctuating wind load. Near surface wind characteristics and the principle of the linear filtering method and harmonic superposition method to simulate the fluctuating wind load are introduced in this paper, specifically the mathematical process of simulation the fluctuating wind load by the harmonic superposition method is mainly researched.%在工程结构日趋大型化、复杂化、超高超限化的今天，建筑结构风振响应的研究受到学术界、工程界的关注和重视，数值模拟方法生成脉动风时程对于掌握结构风振特性、减少风致灾害有很好的帮助作用。

脉动热管稳态运行的理论模型研究

摘
要：建立了脉动热管稳态运行机制的物理和数学模型。针对脉动热管中工质的实际流动状态，改进了模型中的流
动机理和毛细滞后阻力机理，并耦合脉动热管的充液率、蒸发凝结两相传热模型进行了迭代求解。结果显示，潜热传热
量占总传热量的比例在３０％以内，管内工质流动属于湍流流动状态，表明改进后的求解模型比较符合脉动热管实际运
ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＰｕｌｓａｔｉｎｇＨｅａｔＰｉｐｅｉｎＳｔｅａｄｙＳｔａｔｅ
ＸＵＥＺｈｉ — ｈｕ，ＱＵＷｅｉ
（ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｅｒ Байду номын сангаас ｓｐａｃｅａｎｄＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００７４，Ｃｈｉｎａ）
行工况，较为准确地反映了脉动热管的流动和传热规律。关键词：脉动热管；两相传热；潜热
中图分类号：ＴＨ１３７．８；ＴＫ１２４文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５— ０３２９．２０１３．４．００１７
ｔｉｏｎｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅ；ｔｗｏ — ｐｈａｓｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ；ｌａｔｅｎｔｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ

活塞压缩机气流脉动数值模拟和实验验证

活塞压缩机气流脉动数值模拟及实验验证1、绪论1.1 研究背景及意义活塞式压缩机广泛应用于石油、化工、冶金、天然气行业，作为一种重要的气体增压设备，在一些工艺流程中发挥着关键作用，这些设备能否正常运行直接关系到企业的生产能力[1]。

在持续安全生产中威胁最大的是管道振动，而管道振动的最大诱因就是气流脉动。

由于活塞式压缩机吸、排气的非连续性，不可避免使管道内气体压力出现周期性的波动，这就是气流脉动[1,2];活塞式压缩机管道系统都存在一定程度的气流脉动，这种脉动的压力在管道的突变截面、弯头、盲管、阀门等处产生交变的激振力，进而引发振动，工业现场经常出现剧烈的管道振动导致管路焊接处或法兰联接处振断，造成生产事故。

控制管道振动首先应准确掌握管道系统的气流脉动情况，尤其是管道系统中关键节点如气缸连接法兰、弯头、阀门等处的压力脉动幅值。

分析气流脉动的方法主要有两种，一种是平面波动理论，另一种是一维非定常可压缩流体流动理论[3]。

平面波动理论是研究气流脉动现象时最早发展起来的理论，这种方法做了几个方面的重要假定：压力脉动值相对管道气流的平均压力值很小[4,5];气体遵守理想气体的性质;认为管道中气体流速相对声速小到可以忽略不计的程度[6]。

因此波动理论建立气体脉动的控制方程时能做线性化处理，最终得出能求解析解的波动方程。

在符合假定的条件下，波动理论能预测出符合实际的压力脉动幅值。

波动理论作出的假定在数学模型上就决定了它不能完整描述管道内压力波和非稳态流动耦合的复杂现象。

一般认为波动理论对气体与管道壁面摩擦考虑不足，导致其在脉动幅值较大尤其共振状态下计算值偏大。

此外波动理论在实际求解过程中将整个管道元件中的气流参数平均值取作气流参数值进行计算，这就决定了管道内气流参数值是常数而不是随实际状态变化的值，这降低了波动理论的模拟压力脉动的准确度。

非定常可压缩流动理论在建立描述管道内气流脉动现象的控制方程时，没有忽略非线性因素，综合考虑了气体与管道壁面的摩擦问题，实际气体性质的问题[2]。

脉动风的数值模拟

公路一Ｉ级设计荷载标准要求。《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定，主要控制测点的相对残余应变和相对残余挠度不大于２Ｏ，实测数据换算结果表明，实测相对残余
［ｓ］．北京：人民交通出版社，２０１１．
特征，以及脉动风国内外几种常用的模拟方法，阐述其数值模拟理论，根据所选用的线性滤波法，结合京包铁路分离式立交桥桥址处气象资料，用ＭＡＴＬＡＢ软件编程模拟脉动风，并得到风速时程曲线，将模拟出的功率谱与目标谱对比其拟合度，结果表明，模拟谱与目标谱吻合度较高，模拟的
结果较为可靠。
关键词平均风脉动风数值模拟线风由于带有随机的特性，不利于研究。通常在研究自然风时可以将其分解为平均风和脉
动风，视为两者的叠加。
起主要作用的有地面粗糙度标准、重现期、时距标准与高度标准。我国规定的风速测量标准高度定
为１０ＩＴＩ，平均时距取为ｌＯｍｉｎ，年最大风速重现
＊内蒙古自治区交通科技项目（ＮＪ一２０１２－１８）资助收稿日期：２０１４ — ０３ — ２３
３０
黄伟文张谢东：脉动风的数值模拟

热管热交换器：不同风速的热管热交换器数值模拟效果说明书

4th International Conference on Computer, Mechatronics, Control and Electronic Engineering (ICCMCEE 2015) Numerical Simulation on Heat Pipe Heat Exchanger: Effects of DifferentWind SpeedsBing Xia, Yebin Yin, Jinghong Lian, Guang Yang, Guoyou Xu, Xiang Gou a,Enyu Wang, Liansheng Liu, Jinxiang WuSchool of Energy and Environmental Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401,Chinaa Correspondingauthoremail:*****************Keywords: Heat pipe; Ventilation; Numerical simulation; Heat exchangerAbstract. The heat pipe heat exchanger is applied widely with the advantages of low investment, small volume and good effect of heat transfer. To make a full and reasonable use of the heat resource, a heat pipe heat exchanger is introduced in this paper. Numerical simulation of the heat pipe heat exchanger with different wind speeds is carried out by the CFD software FLUENT. The temperature, velocity contours and effects of heat transfer were compared in different wind speed conditions such as 0.02m/s, 0.04m/s, 0.06m/s,0.08mm/s, 0.1m/s and 0.12m/s. The maximum difference of cold and hot air heat flow rate is 5.344W in the air velocity of 0.04m/s. And the results show that rate of heat recovery can reach 52.9% in this model.IntroductionHeat pipe is a kind of heat transfer element with high efficiency, which can be realized by the phase change and continuous working fluid. The equivalent thermal conductivity of heat pipe can reach 103 ~ 104 times of metal[1-3].In numerous ways of heat recovery, by the high efficient heat transfer component heat pipe consisting of a heat pipe heat exchanger has simple structure, less material consumption, high heat transfer efficiency, low pressure loss and power consumption advantages, is being more and more widely application [4-6].In daily life, to improve indoor air quality through ventilation will increase the indoor cold (hot) heat loads and energy consumption[7-9].If the heat exchanger is applied to the ventilation of the room, it can improve the indoor air quality, also greatly reduce the indoor heat loads and energy consumption. Based on the advantages of heat pipe heat exchanger, the numerical simulation of various operating conditions on the basis of the software FLUENT is carried out. Study on the efficiency of heat transfer characteristics and distribution of temperature and velocity of heat exchanger, in order to guide the optimization and improvement of the heat pipe ventilation heat exchanger [10-12].Model design and establishmentFig.1. shows the three-dimensional model which made by gambit software. Model has two channels of cold air and hot air flow respectively. Indoor parts include cold air inlet and hot air outlet，and cold air outlet and hot air inlet to the outdoor part. Model design size is 550mm×300mm×100mm, which includes 12φ8 heat pipe .Heat pipes through the hot and cold airflow between the two channels and maintain a triangular arrangement of cross row. The fins of adjacent rows staggered to keep uniform distribution. Heat pipes and fins are arranged into the fluid solid coupling wall surface and the heat pipe is arranged for solid region especially. In order to ensure the accuracy of the calculation of the internal heat pipe and fins are carried out the grid encryption and the final grids are divided into 620 thousands.Fig.1.Three-dimensional model diagram of heat pipe heat exchangerThe simulation is based on unsteady, implicit solution based on pressure. Standard k-epsilon turbulence model is used in this model. Cold and hot air inlet are both provided with boundary conditions for velocity inlet boundary conditions. There are six groups of different air velocity conditions include 0.02m/s, 0.04m/s, 0.06m/s, 0.08m/s, 0.1m/s and 0.12m/s. Cold air inlet temperature is 299K, and hot air inlet temperature sets 313K.The outlet is set to pressure outlet boundary conditions. After about 20 thousands iterations of the residual error, the accuracy requirements are achieved. Simulation results and analysisT e m p e r a t u re (K )Air velocity (m/s)T e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e (K )Air velocity (m/s)Fig.2.The average temperature and temperature difference of the air inlet and outletFig.2.shows the difference in temperature between cold and hot air inlet and outlet at both 0.02m/s and 0.04m/s is the largest, and it can reach about 7.44K.With the air velocity increases, temperature decreases gradually, while the cold air temperature compared with hot air temperature rising value reduces the gap between the minimum value . With the increasing of air velocity, the temperature difference is also increased.Fig.3.Isothermal surface at different air velocityFig.4.Temperature diagram of Z=0 section at different air velocityIt is the temperature distribution in the heat exchanger at different air velocity as shown in Fig.3.The temperature change of the hot and cold air in the heat exchanger is seen from the isothermal surface under the heat pipes which maintain a triangular arrangement of cross row. The temperature difference between air inlet and outlet is decreased, and the heat transfer effect of the baffles obviously. Fig.4.shows the temperature chart on Z=0 section in different conditions. There is a significant phenomenon of heat transfer at low air velocity. When the air velocity is increased, thetemperature field of the whole heat exchanger can be seen more clearly.Fig.5.Velocity diagram of Z=0 section at different air velocityThe velocity distribution in the heat exchanger at different air velocity is shown in Fig.5.The model is based on the positive direction of the X axis. The cold air flows from left to right. The air in the internal heat exchanger for fork row distribution of heat pipe and flow distribution between staggered fin local acceleration and disturbance in the heat exchanger, while the maximum velocity increased by 65%.H e a t t r a n s f e r r a t e (W )Air velocity (m/s)H e a t t r a n s f e r r a t e (W )Air velocity (m/s)Fig.6. Heat transfer rate of heat pipe heat exchangerIn the simulation process, the heat exchanger can be seen the system. Hot and cold air inflow change counted as a heat exchanger system into heat flow rate, while hot and cold air outflow rate of heat exchanger is counted as the outflow of the system with negative value. The difference is hot and cold air in the flow through the heat exchanger for heat transfer.Fig.6.showsthat with the increase of the ratio of inlet velocity, the heat flow rate of the hot air inlet is also increased. While the difference of heat flow rate of cold air increase with the increase of air velocity, and then decreases. It reaches a maximum heat flux difference when the air velocity is 0.04m/s. Comparison of hot air side, in the same 0.04m/s heat flow rate difference reaches a maximum value, and the speed of hot air in the heat exchange effect is the best.Conclusions(1) Numerical simulation of the heat pipe ventilation heat exchanger with different wind speeds is carried out by the CFD software FLUENT. Study the characteristics of heat transfer efficiency and the distribution of temperature and velocity in the heat exchanger. Comparing the heat transfer performance of heat exchanger with six different wind conditions include 0.02m/s, 0.04m/s, 0.06m/s, 0.08m/s, 0.1m/s and 0.12m/s.(2) Temperature difference between air inlet and outlet under the conditions of 0.02m/s and 0.04m/s can reach 7.4K. The heat recovery rate can reach 52.9%. With the increase of air velocity the temperature difference decreases, and further reduce the velocity the temperature difference no longer increases.(3) The heat transfer rate of the system can be expressed as the capacity of the cooling air to absorb heat and the heat capacity of the air. Simulation shows in the 0.04m/s conditions the difference of the heat and cold air flow rate is 5.344W.AcknowledgementsThis work was financially supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No.51276055) and the Hebei Applied Basic Research Program of China (Grant No. 13964503D). References[1] Z.H. Liu, L. Jin, X.H. Wang, P.H. Li, X.M. Yang, Miniature ventilating device with heat pipe heat exchanger applied in laboratory, Heating Ventilating and Air Conditioning. 40 (2012) 10-12.[2] K.P. Yang, Y.H. Dian, Y.Y. Zhao, J.R. Liu, J.W. Yu, Experimental investigation of heat recovery with thermosyphon heat exchanger, Chem. Eng. (New York).37 (2009) 17-20.[3] S.M. Sun, H. Zhang, Analysis of CFD simulation with experiment of heat transfer and pressure drop for heat pipe heat exchanger, Journal of Nanjing University of Technology.26(2004)62-66. [4] S. Tundee, P. Terdtoon, P. Sakulchangsatjatai, R. Singh, A. Akbarzadeh, Heat extraction from salinity-gradient solar ponds using heat pipe heat exchangers, Solar Eenrgy.84(2010)1706-1716.[5] E.G. Jung, J.H. Boo, Thermal analytical model of latent thermal storage with heat pipe heat exchanger for concentrated solar power, Solar Energy. 102(2014)318-332.[6] K. Kerrigan, H. Jouhara, G.E. O’Donnell, A.J. Robinson, Heat pipe-based radiator for low grade geothermal energy conversion in domestic space heating, Simulation modeling practice and theory.19(2011)1154-1163.[7] D.D. Zhu, D. Yan, Z. Li, Modeling and applications of annual energy-using simulation module of separated heat pipe heat exchanger, Energy and Buildings. 57 (2013) 26-33.[8] S.N. Kazi, G.G. Duffy, X.D. Chen, Validation of heat transfer date for fiber suspensions in coaxial pipe heat exchangers, Exp. Therm Fluid Sci.38(2012)210-222.[9] Z. Zhang, Y.M. Ding, C.F. Guan, H. Yan, W.M. Yang, Heat transfer enhancement in double-pipe heat exchanger by means of rotor-assembled strands, Chem. Eng. Process. 60(2012)26-33. [10] H. Jouhara, R. Meskimmon, Experimental investigation of wraparound loop heat pipe heat exchanger used in energy efficient air handling unit, Energy. 35(2010)4592-4599.[11] F. Yang, X.G. Yuan, G.P. Lin, Waste heat recovery using heat pipe heat exchanger for heating automobile using exhaust gas, Appl. Therm. Eng. 23(2003)367-372.[12] Y.H. Yau, M. Ahmadzadehtalatapeh, A review on the application of horizontal heat pipe heat exchangers in air conditioning systems in the tropics, Appl. Therm. Eng. 30(2010)77-84.。

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脉动热管的数值模拟
摘要：脉动热管（PHP）是一种基于两相流热控设备的基础的同时发生蒸发和冷凝现象。目前常用的图
形模拟及辅助模拟法均利用两相流模型解决了单闭环PHP的问题。通过数值模拟完成常/变量在不同的
边界条件的热物理性能，以方便对其不同参数下流型的研究。最新的PHP模型增加了热量传递率的参
数，从研究获得的结果。
关键词：脉动热管（PHP），闭环，打靶法，均匀流

1简介
随着包装技术的进步，电子热管理计算取得了新的进展。新型冷却方法是热量管理成功所必需的
条件。脉动或循环型热管道是一个相对较新的研究方向，这个创新研究领域，首先由Akachi等人提出
[1]
。

脉动热管（图-1）是一种基于两相流热控设备的基础的同时发生蒸发和冷凝现象。在蒸发器内，
工作流体在发生蒸发区域产生蒸汽栓塞，推动流体呈弹状向冷凝器移动。蒸汽的弹状运动和脉动热管
的密度变化的为操作设备提供驱动力。各种参数的变化均会影响到PHP的性能。如何区分主要参数和
次要参数使得研究者不断尝试提出更好的PHP研究模型。因此，参数化研究是极其重要的，是如何实
现利益最大化的基础。

2数学模型
用来解决闭环脉动热管的数学模型的建立是通过将质量，能量，动量方程进行模型建立（Khandekar
等[2]，Manyam[3]）。不同的公式会获得不同的两相流模型（均匀流模型和分离流模型）。没有任何一
个特定的流态参考，这些模型用于计算压降。目前均相流模型使用较为广泛。PHP在弯曲的压力降相
关性的计算使用由Chisholm提出的模型[4]。其传热系数的计算可使用由Chen提出的数学模型[5]。
均质模型是假设在液相和气相阶段工作流体是均匀变化的。我们假设速度，温度和压力的各个阶
段均是平等的。这种假设认为在这三个变量的差异将促进动量，能量和质量之间的相转移速度均匀平
稳。这个模型的一个重要的几个方程如下。

图-1 闭环PHP 图-2 管内两相流
热管两相流模型基于稳态方程式而建立。
质量守恒方程

.vlmmm••，mAu• （1）
动量平衡方程

（2）

整理上述模型

Fagdpdpdpdpdzdzdzdz （3）

压力梯度摩擦
2
2tpFfGv

dzD

（4）

所以 [(1)]vlvvxxv
（5）

RenTPfB
ReGD 11vlxxvv

（6-8）
B=16，n=1 if Re＜2100
B=0.079，n=0.25 if Re≥2100
压力速度梯度

22
[()]pvvladdvdvdxdpGGvvdzdzdzdpdz





（9）
重力梯度

cosgdpg
dz
v



（10）

由（10和11）式（3），得

sinAdpdFAgdzmdu•
22()1vlFgvdpdxdpGvvdzdzdzdpdvdzGvxdz
（11）
能量方程 22()()cos22vlvlvvllmumuddQmhmhmgdzdz••••• （12）

上述方程简化和整理，我们得到
（13）

2
2

4''cos(1)()vlvlvvldhdhdvq
gxxGvxdxGDdzdxdzdzhGvvv




3闭环问题（射击法）
利用上一节中所述的数学模型（式（12）、（14）），可以计算出PHP的压降。但是，对于一个
现实的模型，如果我们在一开始设置入口点的蒸发器，经过遍历所有的PHP循环，回到同一点，净压
降应为零。

图-3 PHP压降变化曲线图-4 PHP新型目标设计
使用射击方法来解决这个问题，压降如图3所示。利用热物理性能不变的模式。这个问题也解决
了变量热物理性质的问题。通过数值模拟完成多项参数研究。

4 PHP新设计建议
PHP闭环如图1所示，蒸发器的长度与表面积参数可用于对散热即有限的热源（如，对被冷却物
体）的长度的计算。为了强化传热，一个新的设计采用了螺旋蒸发器，提出如图所示图-4。在这个设
计中，弯曲处往往会降低流速和压降。增加蒸发器表面面积及传热与加息蒸发器的长度参数变化在下
一节中进行数值模拟。

5数值结果与讨论
PHP数值模拟所获得的一些结果讨论如下。
对直径，长度，质量流量，倾斜的和工作流体条件都进行了研究。对新设计（图4）进行分析和
提出了一些结果。结果表明，热传递速率显著增强。有图5可知质量流量增加与管径的关系。由图6
得，质量流量先增大后减小的传热率增加。最初为Q的增加，质量提高而导致出口大量减少，导致质
量流量的提高。但是随着Q是进一步增加，蒸发器出口质量的进一步提高，从而导致增加摩擦压降。
当压力下降，质量流量减小。

图-5 质量流量与直径图-6 质量流量与热传递比率
图7是新的建议设计的数值模拟。随着蒸发器长度的增加传热比率的变化。图8表示PHP散热接
触面积增加与直径的关系。其中弯曲模型蒸发器忽略压降变化，预测传热比率在不可忽略传输速率。

图-7 热传递比率与蒸发器长图-8 热传递比率与直径
随着出口质量提高蒸发器传热的长度也随之增加。图9结果表明，在弯曲模型蒸发器中忽略压降
是，会降低出口质量相比。因为在后一种情况下，更多的压力下降，会导致更少的质量流率和高热传
输速率。

图-9 出口流速与管长图-10 质量流量与管长
如图10所示质量流量随蒸发器长度的增加而增加。随着长度的增加，压力下降结果质量流率增加
更加迅速。该模型中弯管处压降也被忽略。如上所述，这样做的原因是在增加压降。

图-11 压降与位置图-12 出口流速与倾斜角度
图11所示压降在不同位置的变化。图中的每一个步骤在弯道位置的压降。这在压降沿着弯曲的位
置增加，因为在蒸发器中，两相压降在弯曲时的质量提高弯曲增加。图12可知，蒸发器出口处在重力
影响下倾斜质量流量减少。

6 结论
本论文通过软件数值模拟，确定PHP两相压降计算使用均匀流模型。对各种参数如直径，长度，
压力，质量流量，温度对PHP的性能的影响进行了研究。对增加散热与增加直径PHP和蒸发器的长度
进行研究，提出了一个新的设计使蒸发器的长度可以变化，以获得更多的散热率。

参考文献
[1].H. Akachi, F. Polásvek, and P. Svtulc, "Pulsating Heat Pipes", Proceedings 5th
International Heat Pipe
Symp. Melbourne, Australia, 1996, pp. 208-217.
[2].Sameer Khandekar, Sanka V.V.S.N.S.Manyam, M.Groll and Manmohan Pandey, “Two phase flow
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IHPC), Shanghai, China, September 21-25, 2004.
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