VirtualFlow | 热管相变换热仿真，支持不同尺度的气液两相相变计算

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热管作为一种高效的传热元件，具有结构简单、传热效率高、无运动部件等优点，广泛应用于航空航天、电子散热、制冷空调、能源等多个领域。其中，环路热管作为一种特殊的热管形式，由于其冷凝段和蒸发段分开，能够灵活地应用于各种复杂环境，如航天器内的热量传输与散热。

然而，随着应用场景的日益复杂，热管的设计与优化面临着诸多挑战。特别是在面对长距离、多点复杂热源的散热需求时，精确测量相变过程中的温度、速度等参数变得极为困难，传统的试验方法不仅周期长、成本高，而且难以获取全面准确的数据，这严重制约了热管技术的进一步发展和应用。

积鼎科技CFD解决方案
助力热管相变换热仿真

积鼎科技基于自主研发的VirtualFlow软件，为热管领域的相变换热问题提供了全方位的仿真解决方案。该方案通过对两相流动的毛细力和沸腾换热、冷凝换热的深入研究，完善了相关的求解算法和物性参数库，形成了热管相变冷却的整体解决方案。

（一）强大的算法与计算流程

VirtualFlow软件具备在含有不凝性气体的工质中计算蒸发及冷凝相变的能力，适用于蒸发器、冷凝器等设备的相变计算。

其多相流模型采用mixture模型，并启用组分输运模型，分别求解连续方程、体积分数方程、动量方程、能量方程和组分扩散方程。

蒸发和冷凝过程中的相变通过UDF在体积分数方程、能量方程和组分输运方程中分别添加质量源项、能量源项和相等的质量源项实现。

这种算法能够精确地模拟吸液芯的毛细现象、蒸发管的沸腾、冷凝器的冷凝等复杂现象，为热管的设计与优化提供了坚实的技术支持。

（二）准确、可靠的计算结果

在实际案例中，VirtualFlow软件展现了优秀的计算精度和可靠性。以某物理研究所的环路热管项目为例，在50W功率下2D轴对称条件下，蒸发器内的流场最终达到稳态，其液相体积分数、相变速率、液体/气体总体积、质量流量等参数的计算结果与实验趋势高度一致。

蒸发器壁温计算结果与测量结果的偏差基本控制在1.5℃以内，冷凝器部件仿真结果同样表现出色。整机仿真结果显示，随着热流密度的增高，冷凝器中的液体体积先减后增，这一结果与实际物理现象相符，充分验证了软件的准确性和可靠性。

蒸发器内各统计量随时间的变化：a)相变速率；b)液体/气体总体积；c)质量流量

（三）解决方案优势

VirtualFlow软件在热管领域的应用具有诸多独特优势。

通过使用VirtualFlow软件对环路热管进行相变换热仿真，积鼎科技不仅帮助客户解决了试验测量难度大、测试设备成本高的问题，还显著提升了研发效率，缩短了研发周期。相比传统的试验方法，研发周期缩短了2/3，整体的人力成本和试验设备成本减少了一半以上。

积鼎科技的热管领域CFD解决方案在多个行业具有广泛的应用前景。在化工、核电、汽车、电子电器、生物等领域，相变换热场景众多，VirtualFlow软件能够为这些行业提供精准的热管设计优化方案，助力企业提升产品性能、降低研发成本、加快上市时间。

来源：多相流在线

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首次发布时间：2025-04-02

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