(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111564511.2 (22)申请日 2021.12.20 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 王明军　穆德芳　章静　秋穗正　 苏光辉　田文喜　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 代理人 何会侠 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种三维平板水 热管数值计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种三维平板水热管数值计 算方法， 包括以下步骤： 根据真实设计参数建立 平板水热管三维几何模型； 运用网格划分软件对 平板水热管几何模型进行网格划分； 将网格导入 到计算流体力学软件中， 依据真实情况设置热管 的边界条件； 设置瞬态计算所需要的初始条件； 编制UDF计算蒸发/冷凝质量流率、 吸液芯 ‑蒸气 界面上的温度和压力， 以及每时间步的液体和蒸 气密度； 使用计算流体力学软件对三维平板水热 管内的流动传热进行计算。 本发 明方法能够运用 计算流体力学手段对非定常高热流密度热管的 运行进行计算， 计算具有较好的稳定性以及收敛 性， 并为新出现的热 管设计提供参 考。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 114239435 A 2022.03.25 CN 114239435 A 1.一种三维平板水 热管数值计算方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤1： 通过几何模型建立软件solidworks依据真实的设计创建平板水热管三维几何 模型， 该三维几何模型包括管壁、 吸液芯、 蒸气腔以及蒸发段和冷凝段； 步骤2： 运用网格划分软件 对步骤1中得到平板水 热管几何模型进行网格划分； 步骤3： 将步骤2划分的网格导入到计算流体力学软件中， 分别将热管的蒸发段和冷凝 段设置为热流边界条件和对流边界条件， 其他壁面设置为绝热壁面， 并依据真实情况设置 蒸发段加热的热流密度以及冷凝段的换 热系数和冷却剂温度， 设置吸液芯的孔隙率； 步骤4： 设置瞬态计算所需要的初始条件： 设置初始蒸汽质量为0， 初始化温度场， 并令 初始蒸气区域工作压强为当前温度下的饱和压力； 步骤5： 采用用户定义程序UDF来计算气液交界面质量流率、 吸液芯 ‑蒸气交界面处的温 度和压力， 以及每时间步的液体和蒸气密度： 步骤5‑1： 假设液体工质和蒸气工质的相变发生在吸液芯和蒸气腔界面， 根据交界面处 的能量守恒方程， 计算交界面处的温度Ti： 交界面处的能量守恒方程表示 为： 其中： λwick与 λv分别代表吸液芯以及蒸气腔的热导 率， W·m‑1·K‑1； Ai——交界面 面积， m2； T——温度， 其中Ti为交界面温度， K； y——与交界面垂直方向距离， m； mi——交界面质量传递， mi＜0为蒸发， mi＞0为冷凝， kg； hfg——汽化潜热， J/kg； Cl——液相定压比热， J/(kg ·K)； Cv——气相定 压比热， J/(kg ·K)； 假设气液交界面两侧的两个控制体分别为PW及PV， 其中PW代表吸液芯一侧， PV代表蒸 气腔一侧， 将能量守恒方程进行离 散， 得到交界面处的温度Ti： 其中： TPW——交界面附近吸液芯第一层网格温度， K； TPV——交界面附近蒸汽腔第一层网格温度， K； Δx——交界面 面积， m2； 根据公式(2)计算出交界面的温度Ti：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114239435 A 2步骤5‑2： 根据步骤5 ‑1得到的交界面的温度， 使用Clausius ‑Clapeyron方程计算交界 面压力Pi： 其中： Po——参考压力， Pa； Pi——交界面压力， Pa； To——参考温度， K； R——气体常数,J/kg； 步骤5‑3： 对气液交界面质量 流率 进行计算： 其中： ——交界面质量 流率， kg/s； σ ——调节系数； 表面张力， N/m； Pv——蒸气腔压力， Pa； Tv——蒸气腔温度， K； 步骤5‑4： 根据理想气体公式和蒸气区域的整体质量平衡计算蒸气区域工作压强， 并计 算蒸气密度： 其中： Pop——蒸汽区域工作压强， Pa； ——上一时间步长计算得到的蒸气腔内蒸气质量， kg； ——交界面质量 流率， kg/s； Δt——时间步长， s； R——气体常数； Vcell——蒸气腔压力， Pa；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114239435 A 3