新しいモデルがヒートパイプの相転移解析を進歩させる

Aug 02, 2023

中国科学院（CAS）合肥物理科学研究所のYU Dali教授率いる研究グループは、香港城市大学の研究者と協力して、液体を調査するための非定常3D数値流体力学モデルを開発した。 - さまざまな不均一な負荷の下での水ヒートパイプの蒸気の流れと熱伝達。

この研究は『Annals of Nuclear Energy』に掲載された。

ヒートパイプは、作動流体の相転移を利用して高流束の熱伝達を実現する高効率の熱伝達デバイスです。 従来の金属と比較して、ヒートパイプの熱伝達効率は数十倍、さらには数百倍も優れています。 その結果、ヒートパイプは、小型固体原子炉の炉心、放射ラジエーター、核融合炉ダイバータ、高度な電子部品など、高密度の熱伝達を必要とするさまざまな分野で応用が見出されています。

この研究では、研究者らは FLUENT ソフトウェアを使用して 3D 過渡ヒート パイプ モデルを開発しました。 このモデルは、その結果を均一加熱条件と不均一加熱条件の両方で得られた実験データと比較することによって検証されました。 比較では、最大 4.73% のエラー率が示されました。

このモデルでは、不均一な加熱条件下でのウィック領域におけるヒートパイプの円周方向の流れ特性が、数値手法を使用して初めて観察されました。

さらに、研究者らは、ヒートパイプにさまざまな負荷がかかったときに、断熱セクションの長さ、加熱出力、加熱範囲がヒートパイプの熱水力特性にどのような影響を与えるかを調査しました。

彼らは、加熱出力が増加するか、断熱セクションの長さが減少すると、ヒートパイプがはるかに速く起動することを発見しました。 彼らは、円周方向の加熱範囲を下げても起動時間は変わらないことを証明しました。

さらに、水平方向の加熱パワーが不均一であるため、壁上の最も温度が高いスポットが最も高いパワーのスポットに向かって傾いてしまいます。 一方、ヒートパイプが均一に加熱された場合、壁の温度は最も低くなります。

「私たちの結果は、薄型ヒートパイプのさらなる研究開発に貴重な理論的裏付けと分析ツールを提供します」とYU Dali教授は述べました。

この研究は、HFIPS ディレクター基金と CityU 助成金によって支援されました。

ヒートパイプの模式図と計算結果。 (画像提供：LIU Jian)