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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
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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

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