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钠热管启动过程轴向传热与稳态径向传热特性研究
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作者 周政 马在勇 +5 位作者 马誉高 吴奇 张卢腾 孙皖 朱隆祥 潘良明 《动力工程学报》 北大核心 2025年第2期165-170,共6页
为定量研究钠热管轴向热阻分布特性及径向传热特性,开展了钠热管启动过程中轴向传热及稳态径向传热实验。结果表明:启动过程中加热功率对轴向传热等效热阻的影响显著,随着功率的增大,其轴向传热等效热阻先减小后趋于平缓;在低倾角工况下... 为定量研究钠热管轴向热阻分布特性及径向传热特性,开展了钠热管启动过程中轴向传热及稳态径向传热实验。结果表明:启动过程中加热功率对轴向传热等效热阻的影响显著,随着功率的增大,其轴向传热等效热阻先减小后趋于平缓;在低倾角工况下,轴向传热等效热阻显著增大,倾角较大时其影响较小;温度在350℃以下时,蒸汽处于自由分子流状态,汽液界面热阻可达10^(-4)(m^(2)·K)/W的量级,而更高温度下的蒸汽处于连续流状态,汽液界面热阻仅为10^(-6)~10^(-5)(m^(2)·K)/W;热管固液界面上存在可能由氧化层导致的传热热阻,量级为10^(-4)(m^(2)·K)/W,在低温下该热阻占热管径向传热总热阻的60%左右,其随温度的升高略有增大,在650℃时可达总热阻的80%。 展开更多
关键词 钠热管 轴向传热 径向传热 热阻
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高温钠热管启动传热振荡及热疲劳安全分析 被引量:1
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作者 张凌义 张智鹏 +4 位作者 王成龙 郭凯伦 田文喜 苏光辉 秋穗正 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1024-1032,共9页
高温热管的启动是复杂的相变及流动过程,若发生传热振荡将造成温度波动,进而影响热管堆运行安全。本文通过实验及仿真方法研究高温钠热管在启动过程中的传热振荡现象及热疲劳后果。在竖直工况中,不同输入热流密度将引起钠蒸发速率变化,... 高温热管的启动是复杂的相变及流动过程,若发生传热振荡将造成温度波动,进而影响热管堆运行安全。本文通过实验及仿真方法研究高温钠热管在启动过程中的传热振荡现象及热疲劳后果。在竖直工况中,不同输入热流密度将引起钠蒸发速率变化,呈现不同振荡特征;热流密度提升时振幅下降,周期缩短;振荡发生时,若输入功率骤降,波形将从锯齿状转变为梯形状;在水平工况中,传热振荡被明显抑制。热管在堆内发生传热振荡时,应力风险区为热管蒸发段内壁中部;异相振荡时相较同相振荡工况应力均值升高,振幅下降,疲劳损伤减轻;当安全因子K低于1.4时热管不存在疲劳失效风险,K达1.4以上后损伤逐渐显著;其中同相工况疲劳损伤最严重,K=1.6时管壁材料疲劳寿命已降低至3.29年。本研究对高温钠热管传热振荡的机理分析及完善热管可靠性评估具有重要意义。 展开更多
关键词 高温钠热管 传热振荡 启动特性 热疲劳
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运行温度对钠热管内工质蒸发调节系数影响的实验研究
3
作者 马在勇 周政 +5 位作者 马誉高 吴奇 张卢腾 连强 唐思邈 潘良明 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2106-2112,共7页
钠热管在相关小型化、无人化核反应堆平台上有着良好的应用前景,其工质蒸发调节系数的准确性对于钠热管分析具有重要的意义。而蒸发调节系数受温度的影响显著,为此,通过实验方法研究了不同温度对钠热管内钠蒸发调节系数的影响。通过改... 钠热管在相关小型化、无人化核反应堆平台上有着良好的应用前景,其工质蒸发调节系数的准确性对于钠热管分析具有重要的意义。而蒸发调节系数受温度的影响显著,为此,通过实验方法研究了不同温度对钠热管内钠蒸发调节系数的影响。通过改变加热功率、倾角、加钠量、丝网等参数,测量了稳态工况下的轴向外壁面温度及气相温度。采用不同蒸气温度取值方法,结合外壁面温度测量值,基于HertzKnudsen-Schrage方程获得了蒸发调节系数的实验值。分析表明,使用蒸发段局部气相温度作为蒸气温度获得的蒸发调节系数受管内工况及丝网参数影响较小,蒸发调节系数的对数值与对数饱和压力满足良好的线性关系;使用绝热段壁面温度或绝热段气相温度作为蒸气温度获得的蒸发调节系数,在550℃以下时受轴向导热热阻及液钠润湿不佳的影响,数值偏小但依然满足对数线性关系,而在高于550℃时液钠良好润湿性带来的轴向铺展可显著增大蒸发调节系数,此时丝网的作用较为明显。通过拟合实验数据,建立了不同温度下的蒸发调节系数的经验关系式。 展开更多
关键词 钠热管 蒸发调节系数 实验研究 模型开发
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环道型高温钠热管设计与验证
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作者 李忠 王姝妙 +3 位作者 梁文峰 马明阳 滕春明 谢奇林 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期2515-2523,共9页
针对反应堆用高温热管需求,设计并制备了长4 m、外径19 mm的环道型不锈钢钠热管样件,使用感应加热装置及带气隙的水冷套筒开展了启动性能及稳态传热性能测试,获得了启动和稳态传热试验数据。试验测得在氩气冷却条件下,热管在75 min内完... 针对反应堆用高温热管需求,设计并制备了长4 m、外径19 mm的环道型不锈钢钠热管样件,使用感应加热装置及带气隙的水冷套筒开展了启动性能及稳态传热性能测试,获得了启动和稳态传热试验数据。试验测得在氩气冷却条件下,热管在75 min内完全启动,绝热段入口温度达到705℃。在绝热段入口温度707℃和746℃下,测得热管稳态传热功率分别为6.93 kW和10.58 kW且未失效,对应轴向热流密度分别为3.92 kW/cm^(2)和5.99 kW/cm^(2),满足了热管堆对热管性能指标的需求。对比稳态传热功率试验测量结果与传热极限理论计算值,热管最大稳态传热功率接近传热极限理论预测值。 展开更多
关键词 钠热管 环道型吸液芯 启动试验 传热功率
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高温钠热管传热性能试验研究 被引量:10
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作者 卫光仁 柴宝华 +5 位作者 韩冶 张亚坤 冯波 毕可明 杨斌 王晨龙 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1039-1046,共8页
为获得高温钠热管传热性能,开展真空条件下钠热管启动性能和等温性能试验,获得了钠热管真空条件下启动速度与等温性能数据;开展强制冷却工况条件下传热性能试验,获得了钠热管声速限特性与试验工况下的最大传热功率。经试验验证,所研制... 为获得高温钠热管传热性能,开展真空条件下钠热管启动性能和等温性能试验,获得了钠热管真空条件下启动速度与等温性能数据;开展强制冷却工况条件下传热性能试验,获得了钠热管声速限特性与试验工况下的最大传热功率。经试验验证,所研制高温钠热管在真空条件下,580℃时完全启动,启动用时20 min,轴向壁面温差低于11℃,等温性能良好;钠热管传热功率在工作温度为500~650℃时受声速极限限制,在650℃以上受携带极限限制;在750℃和850℃时,测得热管最大散热功率分别为4.78 kW与8.02 kW,对应的最大轴向热流密度分别为1.51 kW/cm^(2)与2.53 kW/cm^(2)。试验结果表明,所研制钠热管具有较强传热能力,可满足热管式核反应堆等工程应用需求。 展开更多
关键词 钠热管 高温热管 声速极限 热管式核反应堆
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新概念熔盐堆非能动余热排出系统中钠热管的特性研究 被引量:9
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作者 王成龙 田文喜 +3 位作者 苏光辉 张大林 巫英伟 秋穗正 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期2254-2260,共7页
高温钠热管作为一种高效的换热装置,在导热性、等温性以及非能动特性方面具有显著的优点。将高温钠热管应用到新概念熔盐堆非能动余热排出系统中具有重要的研究意义。本工作通过数值方法研究了高温钠热管在熔盐堆事故工况下的瞬态运行... 高温钠热管作为一种高效的换热装置,在导热性、等温性以及非能动特性方面具有显著的优点。将高温钠热管应用到新概念熔盐堆非能动余热排出系统中具有重要的研究意义。本工作通过数值方法研究了高温钠热管在熔盐堆事故工况下的瞬态运行特性。钠热管的物理模型主要包括管壁、吸液芯及蒸汽区3个耦合传热区域。通过对上述3个区域建立合理的数学模型并采用有限元的方法,利用FORTRAN进行编程,最终得到高温钠热管启动过程中的温度、速度、压力分布。结果表明:熔盐堆事故状态下,钠热管从启动到稳态过程中其运行特性良好且具有很高的传热效率。 展开更多
关键词 熔盐堆 非能动余热排出系统 钠热管 瞬态模拟
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高精度钠热管固定点炉及其等温特性 被引量:7
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作者 闫小克 吕卓凡 +3 位作者 马重芳 李杰 段宇宁 Xiao-ke Zhuo-fan Chong-fang Yu-ning 《计量学报》 CSCD 北大核心 2009年第6期-,共4页
介绍了中国计量科学研究院新研制的两台高精度钠热管固定点炉(SHPF-1、SHPF-2),并测量了其垂直温场.当这两台钠热管固定点炉的炉温分别控制在比铝凝固点低约2℃、3℃时,铝点容器温度计阱底部150 mm范围内温场均匀性分别为15 mK和11 mK,... 介绍了中国计量科学研究院新研制的两台高精度钠热管固定点炉(SHPF-1、SHPF-2),并测量了其垂直温场.当这两台钠热管固定点炉的炉温分别控制在比铝凝固点低约2℃、3℃时,铝点容器温度计阱底部150 mm范围内温场均匀性分别为15 mK和11 mK,并与国外同类的钠热管固定点炉的技术指标进行比较.此外,分析了影响固定点炉等温性能的因素. Abstract: Two sodium heat-pipe fixed point furnaces (SHPF-1, SHPF-2) developed at the National Institute of Metrology (NIM) are described, and their vertical temperature uniformities are measured. When the temperatures of the these two furnaces are controlled about 2 ℃ and 3 ℃ respectively, below the freezing point of the aluminum, the largest temperature differences did not exceed 15 mK and 11 mK in a distance about 150mm along the reentrant well of the aluminum point cell, respectively. These temperature uniformities are compared with those of foreign similar sodium heat pipe furnaces. Additionally, factors influencing isothermal characteristics of fixed point furnaces are analyzed. 展开更多
关键词 高精度 钠热管 固定点 等温特性 Fixed POINT temperature differences fixed POINT FREEZING POINT 计量科学研究 heat pipe 铝凝固点 技术指标 等温性能 场均匀性 foreign factors 温度计 Two EXCEED 中国
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钠热管炉复现铝凝固点 被引量:3
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作者 闫小克 张金涛 +3 位作者 马重芳 吕卓凡 李杰 段宇宁 《计量学报》 CSCD 北大核心 2009年第4期317-320,共4页
介绍了利用钠热管炉复现铝凝固点的连续热流密度法.在凝同曲线达到最高值后约3 h,凝固温度下降小于0.6 mK.同时,在高精度复现铝凝固点时,必须在同定点容器内形成内液固界面和外液固界面.当内液固界面破损时,所复现的铝凝固温坪出现波动... 介绍了利用钠热管炉复现铝凝固点的连续热流密度法.在凝同曲线达到最高值后约3 h,凝固温度下降小于0.6 mK.同时,在高精度复现铝凝固点时,必须在同定点容器内形成内液固界面和外液固界面.当内液固界面破损时,所复现的铝凝固温坪出现波动.此外,往温度计阱重新插入室温的石英玻璃管进行诱导,非常有助于延缓波动的再次发生. 展开更多
关键词 计量学 钠热管 铝凝固点 连续热流密度法 慢降温诱导凝同技术
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钠热管中气液交界质量调节系数的分子动力学研究 被引量:1
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作者 汪泽涛 郭凯伦 +4 位作者 王成龙 张大林 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1112-1119,共8页
钠热管是热管堆内的关键热量传输部件,深入理解内部工质的蒸发与冷凝换热机理对于钠热管的设计优化具有重要意义。本研究用分子动力学软件LAMMPS,结合钠热管的启动和运行工况,模拟了600、700、800、900 K下液态钠薄膜的平衡态蒸发,求解... 钠热管是热管堆内的关键热量传输部件,深入理解内部工质的蒸发与冷凝换热机理对于钠热管的设计优化具有重要意义。本研究用分子动力学软件LAMMPS,结合钠热管的启动和运行工况,模拟了600、700、800、900 K下液态钠薄膜的平衡态蒸发,求解了质量调节系数(MAC)。并在模拟中引入了氩气作为非凝结性气体,研究了非凝结性气体对MAC的影响。研究结果表明,4组工况下的MAC分别为0.3886、0.2119、0.2615、0.2416;非凝结性气体存在时,MAC分别为0.2829、0.2543、0.1295、0.1072。本研究为钠热管的数值模拟提供了参考借鉴和理论支撑。 展开更多
关键词 钠热管 蒸发与冷凝 分子动力学 非凝结性气体 质量调节系数(MAC)
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钠热管传热极限过渡数值模拟分析
10
作者 刘剑术 牟玉鹏 +5 位作者 李小斌 张红娜 李凤臣 韩冶 王泽鸣 柴宝华 《航天器工程》 CSCD 北大核心 2023年第6期123-129,共7页
钠热管在空间核电源领域具有广泛应用。文章以2 m长钠热管为研究对象,通过引入动量源项描述毛细力,模拟钠热管遭遇不同传热极限过渡时管内的相变流动过程。钠热管在主要工作温度范围内,主要受到黏性极限、声速极限、夹带极限和毛细极限... 钠热管在空间核电源领域具有广泛应用。文章以2 m长钠热管为研究对象,通过引入动量源项描述毛细力,模拟钠热管遭遇不同传热极限过渡时管内的相变流动过程。钠热管在主要工作温度范围内,主要受到黏性极限、声速极限、夹带极限和毛细极限的影响,因此存在3个过渡点。模拟分析结果表明:黏性极限与声速极限过渡时,热管蒸发段未出现液体团聚和蒸气阻塞现象;声速极限与夹带极限共同作用时,既出现了蒸气阻塞和液体夹带现象,又伴随着新的液体堆积现象;夹带极限与毛细极限共同作用时的现象与各自单独发生时的现象都有所区别。文章研究结果可用于深入理解钠热管工作机理和优化设计,为更加高效的空间核电源系统设计提供科学参考。 展开更多
关键词 钠热管 毛细流动 传热极限 极限过渡 壁温波动
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钠热管黑体的实验评价
11
作者 周镇华 余德萍 杨华元 《实用测试技术》 1994年第1期21-24,5,共5页
钠热管黑体的实验评价周镇华,余德萍,杨华元(中国测试技术研究院,成都610061)1引言500—1000K全辐照基准是辐射量值的最高计量器具,自80年建立后,已广泛服务于国防、航天、气象、工农业生产、医疗卫生等领域,... 钠热管黑体的实验评价周镇华,余德萍,杨华元(中国测试技术研究院,成都610061)1引言500—1000K全辐照基准是辐射量值的最高计量器具,自80年建立后,已广泛服务于国防、航天、气象、工农业生产、医疗卫生等领域,进行了大量的对外检测工作,特别是解... 展开更多
关键词 钠热管 黑体 实验 全辐照基准
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倾斜高温钠热管间歇沸腾影响机制研究
12
作者 杨思远 马誉高 +4 位作者 文青龙 文爽 丁书华 贺林峰 袁波 《原子能科学技术》 2025年第4期846-857,共12页
热管启动过程中存在的间歇沸腾现象会导致热管温度的振荡,严重时甚至导致热管破裂,对热管反应堆的安全运行造成威胁。为评估不同参数对间歇沸腾现象的影响规律,设计了碱金属热管间歇沸腾试验系统,以钠热管为对象开展了加热功率为150~1 3... 热管启动过程中存在的间歇沸腾现象会导致热管温度的振荡,严重时甚至导致热管破裂,对热管反应堆的安全运行造成威胁。为评估不同参数对间歇沸腾现象的影响规律,设计了碱金属热管间歇沸腾试验系统,以钠热管为对象开展了加热功率为150~1 300 W、倾角为45°~90°、冷凝段长度为50~60 cm工况下的间歇沸腾试验,分析了加热功率、倾角、冷却能力对间歇沸腾的影响,并从微观角度分析了间歇沸腾的发生机理。实验结果表明:间歇沸腾发生的功率区间为150~750 W,加热功率对间歇沸腾的影响并不单一;倾角为90°工况下间歇沸腾整体强度最大,温度振荡的周期和幅度分别为8.8~666.7 s和0.5~60.3℃;倾角越小,间歇沸腾强度越低,且发生的功率区间更大;冷却能力较弱时,热管容易从间歇沸腾阶段过渡到稳定运行阶段,间歇沸腾较弱;本试验结果可为热管冷却反应堆的运行工况优化提供参考。 展开更多
关键词 热管反应堆 钠热管 间歇沸腾 温度振荡 影响机制
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高温热管内钠蒸发冷凝特性分子动力学研究
13
作者 汪泽涛 郭凯伦 +4 位作者 王成龙 张大林 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期1267-1275,共9页
高温钠热管是热管堆中进行非能动热量传输的核心部件。为深入理解热管内工质钠的蒸发机理及气液交界的传热传质特性,用分子动力学软件LAMMPS模拟了600 K下钠的蒸发,统计了质量调节系数,定为0.3887。随后变更壁温,打破体系内热质输运平衡... 高温钠热管是热管堆中进行非能动热量传输的核心部件。为深入理解热管内工质钠的蒸发机理及气液交界的传热传质特性,用分子动力学软件LAMMPS模拟了600 K下钠的蒸发,统计了质量调节系数,定为0.3887。随后变更壁温,打破体系内热质输运平衡,进行非平衡态模拟,观察液膜变化,求解气液交界处的净蒸发通量和换热系数。结果表明,9~10 ns后,底部的液膜厚度、气液交界处的净蒸发通量及换热系数分别在0.1~0.52 nm、0.03~0.07 kg/(m^(2)·s)、2.2~3.9 kW/(m^(2)·K)范围波动,此时上部液膜厚度在6 nm左右,其气液交界的净蒸发通量在10^(-4)量级,换热系数为0.028 kW/(m^(2)·K),至末期降为0.0035 kW/(m^(2)·K)。本文为钠热管启动阶段的数值模拟提供了参考。 展开更多
关键词 高温钠热管 蒸发冷凝 分子动力学
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