2025大赛优秀作品 | 气液两相流仿真技术研究与应用实践

作品名称：气液两相流仿真技术研究与应用实践

作者： 叶祖樑 | 中兴通讯股份有限公司 热设计高级系统工程师

关键词：气液两相流，Ansys Fluent，散热器设计优化

对六种不同蒸发流道的仿真结果显示，优化方案对比无流道可提升蒸发量29%

热管、VC等两相散热部件在各类电子产品中应用广泛，是解决局部高热流密度散热问题的重要方案。两相部件内传热传质机理复杂，当前业界主要通过打样实测的方式研究，缺乏有效的仿真正向设计方法。本研究梳理了两相流仿真技术的情况，基于Ansys Fluent VOF+Lee模型的方法建立了正向设计能力，开展重力热管、蒸发流道、3D散热器的仿真实践，仿真精度达到80%以上，指导了散热器的设计优化，具有良好的工程价值。此外，本研究思考并提出未来气液两相流仿真的发展方向，为行业提供了参考。

挑战/需求

对比三种3D散热器的结构方案，优化后方案三对比方案一降温3℃

芯片功率密度不断升高，散热成为瓶颈。两相散热凭借超高换热能力，成为关键技术方案之一。目前在通讯电子产品中，热管、VC、3DVC等利用工质蒸发冷凝两相流动进行高效换热的散热部件的应用越来越广泛，形态越来越复杂，为了得到性能更佳的散热器，需要对气液流动和换热的现象和机理有更深的了解，仿真正向设计的重要性因此凸显。

使用工具

Ansys Fluent, SpaceClaim

最终成果

通过研究应用Ansys Fluent，中兴通讯建立了气液两相流沸腾蒸发与冷凝的仿真能力，可实现气液流动可视化、散热收益可评估。仿真优化了多个两相散热部件，并通过打样实测验证了散热收益，助力产品性能提升、小型化、轻量化，正向设计同时也减少了多次打样实测的时间、人力、费用成本。