高温钾热管稳态运行传热特性研究

本文采用钾金属作为热管工质，对热管的传热性能展开理论和实验研究。首先，对不同加热功率和倾角下热管传热性能影响规律进行实验研究。结果表明，热管加热功率的提升有利于传热性能的改善，加热功率升高导致蒸发加剧，蒸气密度增加，进而强化蒸气传热。倾角对传热性能有正反两方面的作用。一方面，随倾角的增加冷凝段液膜不稳定性加剧，导致传热恶化；另一方面，倾角的增加导致重力加速液体工质回流并减薄冷凝段液膜，传热增强。在二者的共同作用下，随倾角的增加，热管等效热阻逐步增加且超过某一限值后趋于平稳。其次，以热阻网络法为指导，建立了钾热管的数学物理模型，并基于模块化程序思想，开发了热管设计分析程序。通过与实验数据对比，二者整体误差在2.7%以内，验证了热管模型的合理性。本文对碱金属高温热管的设计优化提供了数据及理论支持。     

液态金属高温热管传热极限研究

热管作为一种高效可靠、可进行长距离传热的非能动设备,在核能领域有着广泛的应用。本文针对工质为钠、充液量为158 g与208 g的毛细驱动热管,对其传热极限开展实验和理论研究。实验方面,设计搭建了高温热管传热极限测试分析实验平台,研究了液态金属高温热管在不同水平倾角和不同加热功率下传热功率的变化。理论方面,验证了连续流动极限与夹带极限理论模型的正确性,总结了两种极限的发生规律。研究发现,热管连续流动极限影响热管的启动;由于水平夹角较大时转变温度较高,因此大角度下的热管更容易发生连续流动极限,小角度下经验模型的预测误差在6.58%以内,大角度下误差超过28%。夹带极限发生时热管蒸发段温度骤升且冷凝段温度出现波动,热管倾角越大夹带极限越容易发生,经验模型在不同角度下均存在误差,大角度下误差超过100%。本文总结了连续流动极限与夹带极限的发生规律,为先进核反应堆系统中热管的设计提供参考。     

Ti-3Al-2.5V钛合金精密铸造浇注系统优化研究

利用数值模拟方法,研究了重力场和立式离心场下,不同浇注系统（顶-底、螺旋、径向和树形系统）Ti-3Al-2.5V钛合金铸件的充型和凝固过程及缩孔缺陷分布规律,并通过实际铸造实验,对铸件的机械性能及缩孔缺陷进行了检测。结果表明,重力场下的顶-底浇注系统氧含量波动范围大,不同浇注系统对合金力学性能影响不大,缩孔的模拟结果与实际铸造情况都吻合较好。相比而言,重力场下由于金属液的紊流更容易形成夹杂、钛豆、缩孔等缺陷,而离心场下由于离心力的作用,形成缩孔等缺陷的数量相对较少。     

基于HB 6103的钛合金铸造图纸尺寸标注案例分析

目的 促进钛合金精密铸造在设计和生产中,合理使用航标(HB 6103—2004)表达铸件尺寸。方法 对国内钛合金精密铸造产品在尺寸检测时遇到的问题进行分析,通过总结实际案例简述仅使用HB 6103对铸件进行尺寸测量时造成的影响。结果 HB 6103是行业内对铸造尺寸公差的规定,其基本尺寸（独立尺寸）公差分为16级。铸件在图纸尺寸的标注上应配合使用尺寸公差和几何公差,单独使用尺寸公差会导致产品尺寸信息表达不全,难以精确传达设计者的初始意图。结论 设计者应根据产品实际使用工况合理使用航标HB 6103中的铸造尺寸公差,完整、合理地表达铸件尺寸,有助于提高图纸的可读性,同时有助于提高铸件尺寸的合格率。     

热管堆用高温热管参数敏感性分析和优化

热管堆用高温热管的设计是存在约束的多目标优化问题，本文旨在实现高温热管的快速多目标设计优化。针对高温热管，考虑干道、槽道、丝网、烧结等吸液芯，基于改进热阻网络法，采用非支配遗传算法Ⅱ对热阻和毛细质量流量进行优化。结果表明，热管性能与工质和吸液芯有关，圆形和矩形干道采用工质钾更佳，三角槽和烧结纤维采用工质钠更佳；钠热管中热阻性能优劣依次为环形干道、丝网、矩形槽、烧结颗粒、烧结纤维、三角槽、圆形干道、矩形干道，流量性能优劣依次为环形干道、丝网、烧结颗粒、矩形槽、矩形干道、圆形干道、三角槽、烧结纤维；在800~950 K范围内，工作温度提升导致除环形干道外热阻减小89.9%以上，流量增加320.8%以上，环形干道中热阻减小93.5%，但流量减小8.8%。本研究可为核反应堆高温热管设计优化提供参考，提升高温热管性能。      

不凝性气体对高温锂热管传热特性的影响研究

热管作为一种具有高热导率的传热装置,工作核心在于其内部工作流体的蒸发和冷凝。若热管工作过程中气腔内存在不凝性气体,主流区中蒸气和不凝性气体在对流运动的作用下将一起移动到气-液分界面,不凝性气体的存在阻碍了工作流体在气-液交界面处的正常冷凝。本文基于热阻网络法添加了不凝性气体区域传热模型,研究了不凝性气体对高温锂热管稳态传热特性的影响。结果表明,热管达到稳态时不凝性气体的存在缩短了热管的有效传热长度,破坏了热管的等温性和良好的传热效率。此外随着不凝性气体体积份额的增大,不凝性气体区域温度降低幅度越大;随着热管蒸发段输入功率的增大,热管正常工作区域整体温度越高,相同质量的不凝性气体占据的体积份额越小,热管壁面温度出现明显温度梯度降低的位置随着功率升高而向下游移动。