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圆盘式蒸发器的强度4632299永利皇宫网址_首页欢迎您与热分析

发布于:2022-06-04 11:39
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      环路热管(Loop Heat Pipe:LHP)是一种利用蒸发器内的毛细芯产生的毛细力驱动回路运行、利用工质相变传递热量的高效传热装置。它具有传热性能高、传输距离远、传热温差小以及安装灵活方便等诸多优点,在航天器热控方面具有广泛的应用前景。此外,LHP也适用于高热流密度电子元器件的散热。
      蒸发器是系统热负荷的承受部件,在蒸发器毛细结构中,液体工质受热发生汽化,将热量从热源运送到冷凝器后,汽相工质发生凝结,向外界传热,蒸发器毛细芯产生的毛细抽吸力使冷凝器中的冷凝液体通过液体管道返回到蒸发器,完成系统循环。在LHP中,蒸发器是最为关键的组成部分之一,它不仅是热量的吸入部件,而且是整个系统中工质循环所需驱动力产生的源头,其性能好坏直接影响到LHP能否启动和整个工作的实现。近年来,由于圆盘式蒸发器具有传热能力大、等温性好、使用方便等优点,越来越受到人们的关注。
      本文针对由所在实验室已设计出的LHP圆盘式蒸发器创建了三维模型,进行了有限元分析和热分析,进一步了解其工作性能为以后实验工作打下较好的基础。LHP圆盘式蒸发器的结构由带肋片的上盖、多孔芯层、储液层、周向外壁和带肋片的底座组成。周向外壁与底座是一体的,上盖通过焊接与周向壁面相连。
      根据实际需要,将蒸发器上盖设计为具有肋片结构形式,下部肋片厚0.5mm,与多孔芯接触,上部平板厚1.5mm,总厚度2mm。
      这种结构的优点有:
      (1)减少蒸汽的流动阻力,加快蒸发器启动速度;
      (2)提高蒸发器工作性能;
      (3)保证蒸发器上盖的承压能力,并减轻蒸发器重量。
      根据设计的结构尺寸,在ANSYS软件中绘制三维模型,并加载工作条件,进行4632299永利皇宫网址_首页欢迎您。
      2 mm厚无肋片结构的蒸发器上盖应力分布图,在中心处和边缘连接处附近应力分布集中,如图中深色区域,最大应力值SMX=80 MPa左右,最大形变量DMX=0.017 mm。有肋片结构,总厚度也为2 mm的蒸发器上盖应力分布图,由于肋片的作用,应力分布比较均匀,图中深色区域为应力较小区域。由于肋片结构边缘存在尖点,导致在肋片上的尖点处出现应力集中点,产生虚假最大应力值SMX=192 MPa,这对上盖的变形和应力分析的影响可以忽略。由前面的图形和经验可知,应力较大区域应出现在中心处与边缘连接处附近,故实际最大应力值应为100 MPa左右,比没有肋片结构的上盖只多出20 MPa左右的应力,而获得了如前面所述的3个优点,这样,既保证了上盖的承压能力,又提高了蒸发器的工作性能。
      蒸发器在启动前工质不发生相变;流体基本处于静止状态,忽略对流换热;蒸发器工作温度较低,绝热情况良好,忽略辐射换热,这样,蒸发器启动前的热传递可以简化为非稳态的导热间题。
      设蒸发器上表面加载的热流密度q=10 W/cm2,周向壁面及底座与外部空气间的自然对流换热系数h=5 W/(m2/K),系统的初始温度T=290 K。将工作条件和物理模型在FLUENT软件中进行模拟,得到如下结果。


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