[發(fā)明專(zhuān)利]熱管模擬方法、裝置及電子設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011446202.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112597640A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王侃;郭玉川;李澤光
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 北京清大紫荊知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11718
• 代理人: 彭一波

本公開(kāi)實(shí)施例中提供了一種熱管模擬方法、裝置及電子設(shè)備，該熱管沿軸向包括蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段，所述方法包括：對(duì)所述熱管的管壁、吸液芯以及蒸汽腔劃分溫度節(jié)點(diǎn)以構(gòu)建傳熱模型；以及求解所述傳熱模型以獲得所述熱管的參數(shù)，對(duì)于管壁，在構(gòu)建所述傳熱模型時(shí)考慮軸向及徑向的熱傳導(dǎo)；對(duì)于吸液芯，在構(gòu)建所述傳熱模型時(shí)考慮徑向熱傳導(dǎo)、軸向熱傳導(dǎo)、與蒸汽腔之間的蒸發(fā)/冷凝傳熱以及工質(zhì)回流傳熱；對(duì)于蒸汽腔，在構(gòu)建所述傳熱模型時(shí)考慮與所述吸液芯中工質(zhì)的蒸發(fā)/冷凝傳熱以及蒸汽的流動(dòng)傳熱。通過(guò)本公開(kāi)的處理方案，提高了熱管穩(wěn)定運(yùn)行階段的模擬精度，能對(duì)固定傾角下的熱管運(yùn)行進(jìn)行分析，同時(shí)能夠?qū)峁苁欠襁_(dá)到傳熱極限進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及熱管技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱管模擬方法、裝置及電子設(shè)備。

背景技術(shù)

熱管是一種傳熱元件，它充分利用了熱傳導(dǎo)原理與相變介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過(guò)熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱能力超過(guò)任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。

典型的熱管由管殼、吸液芯和蒸汽腔組成，將蒸汽腔抽成負(fù)壓后充以適量的工作液體，使緊貼蒸汽腔內(nèi)壁的吸液芯毛細(xì)多孔材料中充滿(mǎn)液體后加以密封。管的一端為蒸發(fā)段(加熱段)，另一端為冷凝段(冷卻段)，根據(jù)應(yīng)用需要在兩段中間可布置絕熱段。當(dāng)熱管的一端受熱時(shí)吸液芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)，熱量由熱管的一端傳至另—端。熱管在實(shí)現(xiàn)這一熱量轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，包含了以下六個(gè)相互關(guān)聯(lián)的主要過(guò)程：⑴熱量從熱源通過(guò)熱管管壁和充滿(mǎn)工作液體的吸液芯傳遞到(液－汽)分界面；⑵液體在蒸發(fā)段內(nèi)的(液－汽)分界面上蒸發(fā)；⑶蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流到冷凝段；⑷蒸汽在冷凝段內(nèi)的汽－液分界面上凝結(jié)：⑸熱量從(汽－液)分界面通過(guò)吸液芯、液體和管壁傳給冷源：⑹在吸液芯內(nèi)由于毛細(xì)作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)段。

在熱管啟動(dòng)過(guò)程，一般存在5個(gè)階段：階段1，吸液芯內(nèi)工質(zhì)處于冷凝固態(tài)，蒸汽腔為近似真空狀態(tài)；階段2，壁面與吸液芯導(dǎo)熱，工質(zhì)熔化且未產(chǎn)生蒸汽；階段3，熔融工質(zhì)到達(dá)蒸汽腔界面，產(chǎn)生堿金屬蒸汽(蒸汽腔內(nèi)出現(xiàn)稀薄蒸汽)；階段4，蒸發(fā)段內(nèi)的蒸汽密度足夠高，出現(xiàn)連續(xù)流動(dòng)(其余空間仍為稀薄蒸汽區(qū))；和階段5：工質(zhì)被完全融化且蒸汽均為連續(xù)流動(dòng),進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

在階段5的正常工作階段，一般通過(guò)網(wǎng)絡(luò)熱阻模型進(jìn)行模擬，其將熱管導(dǎo)熱簡(jiǎn)化為固體傳熱，忽略工質(zhì)流動(dòng)與壓降，求解熱阻方程。這種模型忽略工質(zhì)流動(dòng)對(duì)熱管性能的影響，忽略蒸汽傳熱的時(shí)間響應(yīng)過(guò)程，并且假設(shè)熱管始終處于傳熱極限之下；但是其沒(méi)有對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行階段中全部可能傳熱過(guò)程均進(jìn)行考慮，不能考慮重力對(duì)熱管運(yùn)行的影響和實(shí)時(shí)判斷熱管是否達(dá)到傳熱極限，并且不能夠針對(duì)熱管實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的非均勻加熱/冷卻、熱管漏熱、傾斜角運(yùn)行等情況進(jìn)行模擬。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本公開(kāi)實(shí)施例提供一種熱管模擬方法、裝置及電子設(shè)備，至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

第一方面，本公開(kāi)實(shí)施例提供了一種熱管模擬方法，所述熱管沿軸向包括蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段，所述方法包括：

對(duì)所述熱管的管壁、吸液芯以及蒸汽腔劃分溫度節(jié)點(diǎn)以構(gòu)建傳熱模型；以及

求解所述傳熱模型以獲得所述熱管的參數(shù)，

其中，對(duì)于所述管壁，在構(gòu)建所述傳熱模型時(shí)考慮軸向及徑向的熱傳導(dǎo)；

其中，對(duì)于所述吸液芯，在構(gòu)建所述傳熱模型時(shí)考慮徑向熱傳導(dǎo)、軸向熱傳導(dǎo)、與蒸汽腔之間的蒸發(fā)/冷凝傳熱以及工質(zhì)回流傳熱；并且

其中，對(duì)于所述蒸汽腔，在構(gòu)建所述傳熱模型時(shí)考慮與所述吸液芯中工質(zhì)的蒸發(fā)/冷凝傳熱以及蒸汽的流動(dòng)傳熱。

根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，所述熱管還包括保溫層，并且所述方法還包括：

對(duì)所述保溫層劃分溫度節(jié)點(diǎn)以構(gòu)建傳熱模型，其中所述保溫層被設(shè)置為與環(huán)境自然對(duì)流換熱。