热管（Heat pipe）是基于内部工质相变和循环流动过程进行热量高效传输的传热元件，具有超高的导热性、优良的等温性，已广泛应用于化工、冶金、航天、新能源、电子、军事等领域的热量传递以及温度控制和展平。

热管内部工质通过“受热汽化-凝结放热-回流”这种简单的封闭式被动循环进行传热，运行机制看似简单，但实际是耦合传热学、流体力学、热力学，以及多孔介质传热传质的复杂过程。起初，热管的设计和研究主要通过积累和分析大量实验数据，构建半理论半经验的热阻模型、传热系数和传热极限预测方程等，并辅以可视化实验来完成，耗时耗力，且研究成果的适用范围较窄。近年来，随着计算机技术和计算流体力学（Computational Fluid Dynamic，CFD）的快速发展，热管相变传热过程的仿真模拟成为可能，如何构建预测精确高又兼顾计算效率的CFD仿真模型以辅助热管的设计研究是当前的研究热点。

图1热管运行原理图

汽液相变传热模型是热管CFD仿真的关键所在。近期，新利18彩票 热科学与工程实验室团队提出了一种全新的相变模型（Pressure-based phase change model，PPC model），可有效解决现阶段普遍采用的Lee相变模型对于热管仿真模拟存在的需要预设工质相变温度、难以实现热量输入输出平衡以及热力学平衡等问题，大幅提高了热管仿真模拟的预测性能以及合理性。相关成果发表在国际传热传质期刊（INT J HEAT MASS TRAN），题名：Development of pressure-based phase change model for CFD modelling of heat pipes，全文链接为：https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118763。论文的第一作者为王啸远博士，通讯作者为朱跃钊教授。

上述PPC模型通过局部压力（p）和饱和压力p_sat(T)的对比来判断气液相变的转变过程（见图2），并且将相变过程传热传质速率转化为仅与压力、相体积分数和经验系数相关的关系式（见图3），因此，模型完全避开了工质相变温度（T_sat）这个变量，无须提前预设该值（实际情况下，热管完全达到稳态运行前，相变温度是变化的，是不确定的）。同时，模型还考虑了工质饱和压力和温度的平衡关系，基于传质速率方程中的|p_sat(T)-p|项自动调节传质速率大小，以使热管内的热力学状态自动趋向平衡。

图2 PPC模型示意图

图3 PPC模型传质速率方程

团队基于氨热管实验对该模型进行了验证分析，考察了适用的经验系数范围，探讨了模型对于热管能量平衡和热力学平衡状态的自动调节能力，证明了其预测能力和可靠性。

图4氨热管实验测试装置

图5氨热管启动至稳态以及改变输入功率后的温度、压力和输出功率变化模拟值

新利18彩票 热科学与工程实验室从2013年开始开展热管的CFD仿真模拟研究工作，已在该领域深耕多年时间。