基于FTM的震蕩熱管內(nèi)氣泡流數(shù)值模擬研究.pdf

1、振蕩熱管相比于傳統(tǒng)熱管具有成本低、換熱系數(shù)高、靈活性高等特點(diǎn)，是一種優(yōu)秀的新型換熱元件，由于其潛在的高傳熱能力，熱響應(yīng)快，簡(jiǎn)單和廉價(jià)的結(jié)構(gòu)，因此振蕩熱管是一種解決電子產(chǎn)品散熱的極佳手段。為了深入研究振蕩熱管內(nèi)的流型，本文以振蕩熱管中的毛細(xì)管作為研究對(duì)象。由于振蕩熱管內(nèi)氣泡是流型變化的基礎(chǔ)，因此研究氣泡的運(yùn)動(dòng)具有重要的意義。本文采用界面追蹤法（Front TrackingMethod，F(xiàn)TM）對(duì)毛細(xì)管內(nèi)氣泡運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。本文采用

2、界面追蹤法（Front Tracking Method，F(xiàn)TM）對(duì)毛細(xì)管內(nèi)氣泡運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。采用計(jì)算流體力學(xué)的經(jīng)典問(wèn)題之一的瑞利-泰勒不穩(wěn)定性（Rayleigh-Taylor instability即RT不穩(wěn)定性）驗(yàn)證了FTM算法的準(zhǔn)確性。通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)，密度、粘度、表面張力能有效的影響界面的不穩(wěn)定性的發(fā)展。
　　本文首先研究了三個(gè)氣泡的運(yùn)動(dòng)，三個(gè)氣泡呈現(xiàn)三角形分布，通過(guò)這樣的分布既考慮了氣泡的位置關(guān)系又考慮了氣泡之間的距

3、離。首先分析了三個(gè)氣泡之間頂角分別為30°、60°、90°時(shí)等徑氣泡的運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)氣泡的之間的距離會(huì)影響氣泡融合的是否發(fā)生。其次分析了兩種不同氣泡直徑比的運(yùn)動(dòng)情況（以頂角為60°為基礎(chǔ)），結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣泡之間的大小和相對(duì)位置不同對(duì)氣泡的運(yùn)動(dòng)過(guò)程的影響主要是由于氣泡的尾流和回流。再者分析了不同形狀下氣泡的運(yùn)動(dòng)狀況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)橢圓氣泡位于頂部時(shí)，不會(huì)改變流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，只是對(duì)氣泡融合進(jìn)程有影響；當(dāng)橢圓氣泡位于底部時(shí)，此時(shí)會(huì)改變流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，融合過(guò)程更復(fù)雜。

4、最后分析了氣泡數(shù)量的影響，從結(jié)果可以看出，氣泡數(shù)量越多，氣泡的融合過(guò)程就越復(fù)雜，甚至出現(xiàn)氣泡破裂、裹挾液滴等情況。為了更真實(shí)的展現(xiàn)管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀況，通過(guò)三維FTM來(lái)探究氣泡的運(yùn)動(dòng)。初步利用三維程序模擬了不同直徑單氣泡的上升運(yùn)動(dòng)以及射流對(duì)于氣泡的穿透作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氣泡的直徑大小對(duì)于氣泡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的變形有較大的影響，并且韋伯?dāng)?shù)越大，氣泡射流強(qiáng)度越高甚至被穿透。隨著氣泡數(shù)量的增加以及程序從2D到3D，算法的復(fù)雜度急劇上升。故此本文利用CUDA