Page 26 - 《真空与低温》2025年第5期

王蕊霞等：热真空环模设备温控底板温度均匀性与换热特性分析 565

当导热液入口速度为 1 m/s，入口温度为−70 ℃，网格 匝数 n 较大时出入口温差越大，即在流道匝数不变
节点数对温度均匀度（T 0 为温度均匀度，表征控温 情况下，底板厚度较大时出入口温差增大，在底板厚
底板温度均匀性，T 0 值愈小，温度均匀性愈好）的影 度不变的情况下，流道匝数越大出入口温差越大。
响如图 4 所示，由图可见，随着网格节点的增加，温
0.6
度均匀度逐渐下降并趋于恒定，迭代时长呈指数式 n=6；h=20
n=6；h=40
持续增长，为同时满足计算效率与结果精确性，本 n=8；h=20
n=8；h=40
文采用网格节点数为 1 845 569 进行计算。 0.5
2 模拟结果与讨论 出入口温差 ΔT/℃

2.1 结果讨论 0.4
当导热液入口温度−70 ℃ 时，计算了两种流道
匝数 n 和两种底板厚度 h 下，导热液入口流速对导 0.3 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
−1
热液出入口温差、出入口压差及底板温度均匀度 入口速度 v/（m·s ）
的影响。 图 5 导热液入口速度对底板出入口温差的影响

Fig. 5 Influence of inlet velocity of thermal fluid on tempera-

ture difference of inlet and outlet of base plate

图 6 为不同流速下出入口压差的变化曲线，分
析图 6 可知，随着入口流速的增加，出入口压差非
线性快速增大，随着流道匝数的增多，出入口压差
也逐渐增大，但在流道匝数不变情况下，不同底板
厚度对出入口压差影响并不明显。

图 3 网格划分 0.5
Fig. 3 Mesh division n=6；h=20
0.4 n=6；h=40
n=8；h=20
5.0 0.3 n=8；h=40
4.5 出入口压差 Δp/MPa 0.2
温度均匀度 T 0 /℃ 4.0 0.1

3.5
3.0 0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
−1
入口速度 v/（m·s ）
2.5
图 6 导热液入口速度对底板出入口压差的影响
394 847 620 208 645 569 845 569 1 120 208 1 845 569 2 070 933 2 396 291 Fig. 6 Influence of inlet velocity of thermal fluid on pressure

网格节点数 difference of inlet and outlet of baseplate
图 7 为不同流速下冷板温度均匀度的变化曲
图 4 网格无关性验证
线。分析图 7 可知，随着入口流速的增加，温度均
Fig. 4 Verification of mesh independent
匀度逐渐下降，温度均匀度越低表明底板温度均匀
图 5 为不同流速下出入口温差的变化曲线。 性越好，流道匝数不变时，较大底板厚度 h 温度均
分析可知，随着入口流速的增加，出入口温差逐渐 匀性较好，且此差值在流道匝数较小时愈加明显；
减小，n=6 时，底板厚度 h 较大出入口温差较大，且此 h=20 时，流道匝数 n 较大则温度均匀性越好，h=
差值较 n=8 时明显变大；h=20 时，流道匝数 n 较大 40 时温度均匀度整体较小，且在流速小于 1.2 m/s
则出入口温差越大，差值随着入口速度增加而减小， 时较大流道匝数温度均匀度大于较小流道匝数，流
h=40 时出入口温差整体较高，不同之处在于流道 速大于 1.2 m/s 则相反。