新颖模型有助于分析热管中的相变传热

中国科学院合肥物质科学研究院于大利教授领导的研究小组与城市大学的研究人员合作，开发了一种瞬态3D计算流体动力学模型来研究液体-水热管在各种非均匀载荷下的蒸汽流动和传热。该研究发表在《核能年鉴》上。

热管是利用工作流体的相变来实现高通量传热的高效传热装置。与传统金属相比，热管的传热效率提高数十倍甚至数百倍。因此，热管在需要高密度传热的各个领域得到了应用，包括小型固态反应堆核心的热量输出、辐射散热器、聚变反应堆偏滤器和先进电子元件。

在这项研究中，研究人员使用FLUENT软件开发了3D瞬态热管模型。通过将其结果与均匀和非均匀加热条件下获得的实验数据进行比较，对该模型进行了验证。对比显示错误率高达4.73%。

该模型首次利用数值方法观测了非均匀加热条件下热管毛细区域的周向流动特性。

此外，研究人员还研究了绝热段的长度、加热功率和加热范围在以不同方式加载时如何影响热管的热工水力特性。

他们发现，当加热功率增加或绝热段长度减少时，热管启动速度更快。他们证明降低圆周加热范围不会改变启动时间。

另外，水平方向的加热功率不均匀，导致墙上温度最高的点向功率最高的点倾斜。另一方面，当热管受热均匀时，壁上的温度最低。

于大利教授表示：“我们的研究结果为高型热管的进一步研究和开发提供了宝贵的理论支持和分析工具。”