基于多孔介质模型的钾热管数值模拟.pdf

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1、第４８卷第１期原子能科学技术Vol．４８，No．１２０１４年１月AtomicEnergyScienceandTechnologyJan．２０１４基于多孔介质模型的钾热管数值模拟韩冶，柴宝华，周问，卫光仁，毕可明，龙俞伊，冯波（中国原子能科学研究院反应堆工程研究设计所，北京１０２４１３）摘要：为研究钾热管内传热传质机理，对钾热管进行了数值模拟。建立了固液气三相耦合数学模型。其中对吸液芯液体流动区域采用了多孔介质模型，该模型考虑了液体流动对热管传热性能的影响。利用PHOENICS３畅６对数学模型进行数值计算，得到了热管内的稳态工作参数。分析模拟结果得到了钾热管内部各相工质传热、传质

2、机理，并与试验数据进行了比较。结果表明，模拟结果与试验数据符合较好。关键词：钾热管；数值模拟；多孔介质；PHOENICS中图分类号：TL３３文献标志码：A文章编号：１０００‐６９３１（２０１４）０１‐００４９‐０５doi：１０．７５３８／yzk．２０１４．４８．０１．００４９NumericalSimulationofPotassiumHeatPipeBasedonPorousMediumModelHANYe，CHAIBao‐hua，ZHOUWen，WEIGuang‐ren，BIKe‐ming，LONGYu‐yi，FENGBo（ChinaInstituteofAtomicEner

3、gy，P．O．Box２７５５９，Beijing１０２４１３，China）‐Abstract：Thenumericalsimulationofthepotassiumheatpipewasperformedforthepurposeofresearchingtheheatandmasstransfermechanismsinsidetheheatpipe．Athree‐phaseconjugatemathematicalmodelwasbuiltfortheheatpipe．Andtheporousmediummodelwasusedinthewickregion．Theeffe

4、ctofliquidflowonheattransferperformancewasconsidered．ThemathematicalmodelwassolvedbyPHOENICS３畅６toacquirethesteadystateoperationparameterinsidetheheatpipe．Theheatandmasstransfermechanismswereobtainedfromanalyzingthesimulationresults．Thesimula‐tionresultsareingoodagreementwithexperimentdata．Ke

5、ywords：potassiumheatpipe；numericalsimulation；porousmedium；PHOENICS随着航天器向大型化方向发展，其功耗和率高、启动性好及可工作于无重力环境等优点，产生的废热均大幅增加。高温热管应用于高温适合用于大功率航天器散热系统。由于应用环环境，利用管内工质相变进行传热，能实现较高境为太空，对散热系统及元件的性能、可靠性及的散热功率。钾热管是高温液态金属热管的一寿命都提出了较高要求，因此有必要对钾热管种，相比于其他类型热管，具有等温性好、比功进行深入的理论及试验研究。收稿日期：２０１２‐１０‐３１；修回日期：２０１３‐０１‐２３

6、作者简介：韩冶（１９８４—），男，辽宁大连人，助理工程师，硕士，反应堆热工水力专业５０原子能科学技术第４８卷钾热管内的流动传热过程较为复杂，包括蒸气流动相关研究，对蒸气流动区域作二维轴管壁导热、吸液芯液体流动、气液界面工质相变对称、稳态、层流和气体可压缩假设，给出该区和气腔内蒸气流动。全面了解这些过程的机域控制方程为：理，有助于改进热管试验，并对热管结构优化设１抄抄·（vrv）＋ρν（vwv）＝ρ０（１）计提供更多的理论支持。由于钾热管工作温度r抄r抄z２和内部结构的限制，其内部一些工作参数很难vvv抄vv＋w抄vv抄vv４１ρv－v＝２μ＋··抄r抄z抄z３r通过试验测得。目

7、前，利用计算机模拟，预测钾２抄抄vv４vv１抄wv抄pv热管相关性能参数是行之有效的方法。国外对r－２＋－（２）抄r抄r３r３抄z抄r抄r热管理论研究开展较早，对高温、低温及中温热抄wv抄wv２抄１管先后建立了纯导热模型［１］、多孔介质模型［２］、vwv＋vvρ－v－·μ抄z抄r３抄zr［３］非达西输运模型；国内理论研究则相对较少，２抄４抄wv１抄抄wv［４］（rvv）＋２＋·r＋柴宝华等对钾热管建立了纯导热模型，计算抄r３抄zr抄r抄r结果与试验数据符合较好。１抄抄vv抄pv·r＝－（３）