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目录 摘要 I Abstract II

第一章 绪论

1 1.

1 课题背景和意义

1 1.1.1课题背景

1 1.1.2 研究意义

1 1.2 重力热管及其传热与流动的CFD模拟的发展历史

2 1.2.1 重力热管的发展历史

2 1.2.2 重力热管传热与流动的CFD模拟发展历史

3 1.3 重力热管传热与流动与数值模拟的研究现状

4 1.3.1重力热管传热与流动的研究现状

4 1.3.2 重力热管传热与流动数值模拟的研究现状

5 1.4 本文研究内容

7

第二章 重力热管传热性能分析

7 2.1 重力热管概述

7 2.2 重力热管的工作原理

8 2.3 重力热管内的传热分析

8 2.2.1重力热管冷凝段的传热过程分析

8 2.2.2 重力热管绝热段的传热分析

10 2.2.3 重力热管蒸发段的传热分析

11

第三章 重力热管中的工质选择

12 3.1 工作温度区

12 3.2 工作液体与壳体的相容性及热稳定性

13 3.3 工作液体的传输因素

13 3.4 热管的总传热系数和其他因素

14 3.5 以太阳能平板集热器为例,选取工质

15

第四章 重力热管传热与流动的数学模型

17 4.1 物理模型和假设条件

17 4.2 传热与流动的控制方程

18 4.3 重力热管传热与流动模型的数学计算

19 4.3.1 FLUENT中的模型

19 4.3.2 FLUENT中的算法

19 4.3.3 VOF模型计算原理

20 4.4 重力热管传热与流动的数值模拟

21 4.4.1有限容积法的CFD软件概述

21 4.4.2 FLUNET使用经验

21

第五章 重力热管传热与流动数值模拟案例的比较分析

24 5.1 案例一

24 5.1.1 重力热管构建

24 5.1.2 假设条件

24 5.1.3 初始和边界条件

24 5.1.4 网格划分

26 5.1.5 算法

27 5.1.6 模拟和实验值对比

27 5.2案例二

28 5.2 .1 重力热管构建

28 5.2.2 假设条件

29 5.2.3 边界条件设定

29 5.2.4 网格划分

29 5.2.5 算法

30 5.2.6 模拟和实验值对比

30 5.3案例数值模拟方法的比较及总结

32 5.3.1 重力热管构建

32 5.3.2 物理模型的假设条件

32 5.3.3 初始和边界条件设定

32 5.3.4 网格划分

33 5.3.5 算法

34 5.3.6 三种模型适用性总结

34

第六章 总结

36 致谢

37 参考文献

38 英文原文及翻译

40 摘要 重力热管具有传热性能优良、传热极限较高、环境适应性好、工作可靠等优点.近年来在节能、新能源的开发及利用等方面获得了日益广泛的应用.然而重力热管在工作时,内部涉及到汽液两相流动,是一个复杂的传热和流动系统,用普通的数学方法很难计算,在此基础上,计算流体动力学应运而生,并在传热学和暖通空调中的作用也是越发的显著. 本文针对重力热管的特点,分析了其结构和传热机理,通过对文献和实例的研究,设计了一个案例来选择最适合的工作液体.之后本文重点介绍了重力热管的数学模型,建立数学模型是研究热管传热性能和内部工质的流动过程的一种重要的方法,它可以为热管的各种运行工况提供较为可靠的预测,为热管的设计和应用提供依据.针对FLUENT模拟中有三种模型这个事实,本文通过对国内外的热管数值模拟实例的分析比较,总结出FLUENT中使用的三种模型的差异和适用性,证明了数学模型及求解过程的正确性,为优化重力热管设计参数和提高重力热管的换热性能提供了理论依据. 关键词: 重力热管, 流体力学,FLUENT,数学模型 Abstract There are a lot of merits of gravitational heat pipes, such as high efficiency in heat transfer performance, high heat transfer limits, excellent environmental suitability and reliable working performance. Thus, it is used more and more nowadays, especially being used in energy conservation, however, The working fluid flowing inside a gravitational heat pipe is liquid-vapor two-phase flow pattern, which made the flow and heattransfer performance a complex process. On this basis, computational fluid dynamics came into being, and the role of heat transfer and HVAC is more and more significant. In this paper, we first structure the characteristics of gravity heat pipe and the mechanism of heat transfer, through the study of literature and examples, we select the most suitable working fluids. Then this article focuses on the mathematical model of gravity heat pipe, Founding mathematic models is one of the most important methods for heat pipe research, which can not only obtain dependable forecast under different operating conditions but also provide theoretical guidance for design and application of heat pipes. For the fact of there are three models in the FLUENT simulation, this article through the analysis of numerical simulation of heat pipe instance in China and abroad, summed up the differences and applicability of the three models used in the FLUENT, in order to provide theoretical basis for both parameters optimized for optimum design and the enhancement of heat transfer efficiency of a gravitational heat pipe. Key words: Gravity heat pipe, Fluid mechanics, FLUENT, Mathematical model