高温钠热管是一种高效的非能动传热元件,具有温差小、可控、固有安全性高、导热效率好等众多优点,是热管反应堆的关键部件。吸液芯作为多孔介质提供了热管工质循环的驱动力,是影响高温热管的传热能力的关键结构。提升高温热管传热性能势必要从吸液芯结构入手。但是目前的研究中针对吸液芯影响热曾传热性能的核心参数研究不明确,同时缺乏针对吸液心结构参数与性能参数关系的研究,因此缺少改进吸液芯结构以优化热管性能的方法。本课题基于以上研究应用背景,针对吸液芯对高温钠热管传热性能的影响规律,开展了吸液芯对敏热管传热性能机理研究和吸液芯结构参数对性能参数的影响研究,并通过吸液芯及热管传热性能实验对研究结果进行了验证,获得了吸液芯影响热管的重要性能参数为毛细性能因子,以及毛细性能因子如何受到吸液芯具体结构参数影响的规律等结论,为吸液芯以及高性能钠热管的优化设计与应用提供了理论和实验参考本文首先对高温钠热管传热极限理论计算和多孔介质流动进行了研究。探讨了毛细极限、沸腾极限、携带极限等多种极限对热管传热性能的作用机制,整理得到了吸液心对热管传热性能影响的重要参数为:渗透案、有效毛细孔径和流证面积。并将此三个参数用毛细性能因子来综合表征。吸液芯的毛细性能因子越大高温钢热管的极限传热能力也越大。另一方面,本文探讨了吸液芯具体结构对以上性能参数的影响规律。理论结果表明,单一结构吸液芯难以做到兼顾高渗透幸与高毛细力从而增大毛细性能因子。为了改善吸液芯的这个特性,结果表明将不同性能的吸液芯组合在一起,各自发挥其优点,可明显提高毛细性能因子值。
为了验证所得的结论的正确性,本文进行了吸液芯的毛细流动实验、热管的传热性能实验和程序模拟。实验与模拟结果验证了理论计算规律的正确性。通过组合高毛细力的吸液芯和高渗透率吸液芯可得到更大毛细性能因子的吸液芯结构,此类吸液芯结构下的高温钠热管有着更高的最大传热能力。此外,实验还发现了有无吸液芯下热管性能表现的差异性。吸液芯结构能使热管启动更加顺利,能使热管克服特殊环境(无重力)正常工作,并大幅增大其极限传热能力。通过以上理论与实验的研究,本课题获得了丰富且实用的高温钠热管实验方法与经验,证明了吸液芯结构毛细性能因子理论的合理性,为高温钢热管相关课题研究提供参考