高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

高温锂热管三相耦合数值模拟

毛赏 周涛 刘文斌 魏东 薛春辉

毛赏, 周涛, 刘文斌, 魏东, 薛春辉. 高温锂热管三相耦合数值模拟[J]. 核动力工程, 2022, 43(6): 37-42. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0037
引用本文: 毛赏, 周涛, 刘文斌, 魏东, 薛春辉. 高温锂热管三相耦合数值模拟[J]. 核动力工程, 2022, 43(6): 37-42. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0037
Mao Shang, Zhou Tao, Liu Wenbin, Wei Dong, Xue Chunhui. Numerical Simulation of Three-Phase Coupling for High-Temperature Lithium Heat Pipe[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(6): 37-42. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0037
Citation: Mao Shang, Zhou Tao, Liu Wenbin, Wei Dong, Xue Chunhui. Numerical Simulation of Three-Phase Coupling for High-Temperature Lithium Heat Pipe[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(6): 37-42. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0037

高温锂热管三相耦合数值模拟

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0037
基金项目: 国家重点研发计划(2020YFB1901700);2021年江苏省“双创人才”(JSSCRC2021500);“双一流”学科建设专项资金(教师启动基金3203002104A2)
详细信息
    作者简介:

    毛 赏(1996—),男,博士研究生,主要从事核反应堆热工水力与安全研究,E-mail: ms802366@126.com

    通讯作者:

    周 涛,E-mail: 101012636@seu.edu.cn

  • 中图分类号: TL333

Numerical Simulation of Three-Phase Coupling for High-Temperature Lithium Heat Pipe

  • 摘要: 为了研究锂热管的传热机理,推动锂热管在小堆中的应用。采用COMSOL Multiphysics软件,建立了管壁、吸液芯和管内蒸气腔室的固液气三相耦合模型,对热管的温度分布、压力分布和速度分布进行计算。结果表明:当蒸发段的热流从13.9 kW增加到20.8 kW时,管壁温度、蒸气温度、蒸气压力以及吸液芯内部的液体压力、液体轴向速度随着加热功率的增加而增加,蒸气轴向速度随着加热功率的增加先增加后降低。在稳态运行时,管壁温度呈现阶梯形下降,而蒸气温度和压力基本保持不变,表明了锂热管具有良好的等温性。

     

  • 图  1  高温锂热管结构和运行原理

    Figure  1.  Structure and Operating Principle of High Temperature Lithium Heat Pipe

    图  2  蒸气和管壁温度的计算值与实验值对比

    Figure  2.  Comparison between Calculated and Experimental Values of Steam and Pipe Wall Temperature

    图  3  外管壁和管内轴向温度分布

    Figure  3.  Axial Temperature Distribution on the Outer Wall and Inside the Pipe

    图  4  热管内部和吸液芯内部轴向压力分布

    Figure  4.  Axial Pressure Distribution Inside Heat Pipe and Wick       

    图  5  蒸气速度分布

    Figure  5.  Velocity Distribution of Vapor

    图  6  吸液芯内液体速度分布

    Figure  6.  Distribution of Liquid Velocity in Wick

    表  1  热管参数

    Table  1.   Parameters of Heat Pipe

    参数参数值
    蒸发段长度/cm62
    冷凝段长度/cm100
    绝热段长度/cm30
    热管总长度/mm1920
    热管外径/mm25
    管壁厚度/mm3
    吸液芯厚度/mm2
    孔隙率0.3827
    下载: 导出CSV
  • [1] YAN B H, WANG C, LI L G. The technology of micro heat pipe cooled reactor: a review[J]. Annals of Nuclear Energy, 2020, 135: 106948. doi: 10.1016/j.anucene.2019.106948
    [2] 马誉高,刘旻昀,余红星,等. 热管冷却反应堆核热力耦合研究[J]. 核动力工程,2020, 41(4): 191-196. doi: 10.13832/j.jnpe.2020.04.0191
    [3] 柴晓明,马誉高,韩文斌,等. 热管堆固态堆芯三维核热力耦合方法与分析[J]. 原子能科学技术,2021, 55(S2): 189-195.
    [4] 张胤,王成龙,唐思邈,等. 固态热管反应堆模拟装置热工水力特性分析[J]. 原子能科学技术,2021, 55(6): 984-990. doi: 10.7538/yzk.2020.youxian.0463
    [5] 刘松涛,袁园,魏宗岚,等. 热管冷却空间反应堆事故特性研究[J]. 核动力工程,2016, 37(5): 119-124. doi: 10.13832/j.jnpe.2016.05.0119
    [6] MA Y G, HAN W B, XIE B H, et al. Coupled neutronic, thermal-mechanical and heat pipe analysis of a heat pipe cooled reactor[J]. Nuclear Engineering and Design, 2021, 384: 111473. doi: 10.1016/j.nucengdes.2021.111473
    [7] SUN H, TANG S M, WANG C L, et al. Numerical simulation of a small high-temperature heat pipe cooled reactor with CFD methodology[J]. Nuclear Engineering and Design, 2020, 370: 110907. doi: 10.1016/j.nucengdes.2020.110907
    [8] 李华琪,江新标,陈立新,等. 空间堆堆芯热管蒸气流动计算方法研究[J]. 核动力工程,2014, 35(6): 37-40. doi: 10.13832/j.jnpe.2014.06.0037
    [9] ZUO Z J, FAGHRI A. A network thermodynamic analysis of the heat pipe[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1998, 41(11): 1473-1484. doi: 10.1016/S0017-9310(97)00220-2
    [10] CAO Y D, FAGHRI A. Transient two-dimensional compressible analysis for high-temperature heat pipes with pulsed heat input[J]. Numerical Heat Transfer, Part A:Applications, 1991, 18(4): 483-502. doi: 10.1080/10407789008944804
    [11] BOWMAN W J, HITCHCOCK J E. Transient, compressible heat-pipe vapor dynamics[C]//Proceedings of the 25th ASME National Heat Transfer Conference. New York, USA: ASME, 1988: 329-337.
    [12] 张红, 杨峻, 庄骏. 热管节能技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2009: 5.
    [13] 杨世铭, 陶文铨. 传热学[M]. 第四版. 北京: 高等教育出版社, 2006: 591.
    [14] 刘伟, 范爱武, 黄晓明. 多孔介质传热传质理论与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2006: 418.
    [15] CHI S W. Heat pipe theory and practice[M]. Washington: Hemisphere Publishing Corp, 1976: 242.
    [16] 沈维道, 童钧耕. 工程热力学[M]. 第四版. 北京: 高等教育出版社, 2007: 12.
    [17] 陶文铨. 数值传热学[M]. 第二版. 西安: 西安交通大学出版社, 2001: 566.
    [18] 韩冶,柴宝华,周问,等. 基于多孔介质模型的钾热管数值模拟[J]. 原子能科学技术,2014, 48(1): 49-53. doi: 10.7538/yzk.2014.48.01.0049
    [19] COTTER T P. Theory of heat pipes: LA-3246-MS[R]. San Francisco: Los Alamos Scientific Laboratory, 1965.
  • 加载中
图(6) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  392
  • HTML全文浏览量:  117
  • PDF下载量:  51
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-03
  • 修回日期:  2022-05-09
  • 刊出日期:  2022-12-14

目录

    /

    返回文章
    返回