18 / 2024-07-04 12:33:57

基于拓扑优化的树状蒸发端热管的传热特性数值研究

涡轮叶片,热管,树状结构,拓扑优化,两相流

未来先进重型燃气轮机的发展目标为高透平进口温度和低污染排放性能，两者对空气量的对立需求势必导致制约燃机效率提升的空气量分配瓶颈问题。本文通过拓扑优化结构，获得不同比例因子(k)=1，30，50和体积分数(V_m)=0.3，0.4，0.5，0.6下的最优树状结构。拓扑结果表明，k=30，V_m=0.3时的树状结构最优，可以作为树状蒸发端热管(THP)的设计来源，将该树状结构基于Murray法则重整设计。利用VOF两相流模型构建了热管多相流传热的数值模拟方法。在蒸发端液相分数(FR)=25%~100%和加热功率(Q_e)=5W~25W内的数值模拟结果表明：THP的流场图能反应热管内部的蒸发冷凝现象，FR=100%时的THP在不同Q_e下的热阻最小，等效导热系数最大，传热性能最佳。本文所设计的THP，在Q_e=5W-25W所表现的传热性能优异，可为未来热管冷却燃机涡轮叶片提供基础数据和理论参考。