Теоретическо-экспериментальные исследования тепловой проводимости и пределов функционирования аксиальной тепловой трубы на натрии относительно ориентации вектора силы тяжести

Определено влияние ориентации вектора силы тяжести на работоспособность аксиальной тепловой трубы на натрии. Показана зависимость лимитирующих факторов ее функционирования (пределов) — звукового, вязкостного, кипения и капиллярного — от ориентации аксиальной тепловой трубы. Проведено комплексное численное моделирование на основе детализированной двумерной теплогидравлической модели, учитывающей пространственное распределение параметров (температур, давлений и скоростей течения рабочего тела) по длине аксиальной тепловой трубы, что позволило получить распределение предельно допустимой подводимой мощности к испарительной зоне. Установлено, что лимитирующим является звуковой предел, составляющий 450 Вт при длине трубы 350 мм, толщине фитиля 0,5 мм, диаметре парового канала 7 мм и диаметре корпуса 10 мм. Исследование зависимости от угла наклона показало умеренный рост термического сопротивления и снижение осредненной температуры в контуре аксиальной тепловой трубы. По результатам исследования локализовано слабое звено конструкции — паровой канал, производительность которого ограничена звуковым пределом. Полученные результаты определяют целесообразность оптимизации геометрических параметров парового тракта для повышения общей мощности аксиальной тепловой трубы.
EDN: DRHATK, https://elibrary/drhatk

Литература

[1] Ферсхтер А.Л., Соловьев С.Л. Высокотемпературные тепловые трубы с щелочными металлами. Промышленная теплотехника, 1990, т. 12, № 4, с. 45–52.

[2] Lee S., Kang S., Kim Y. et al. Thermal design framework of heat pipe heat exchanger for efficient waste heat recovery. Energy, 2025, vol. 318, art. 134731, doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.134731

[3] Faghri A. Advances and challenges in micro/miniature heat pipes. Annu. Rev. Heat Transfer, 2003, vol. 12, pp. 1–25, doi: https://doi.org/10.1615/AnnualRevHeatTransfer.v12.30

[4] Yun M., Hsu W.T., Shim D.I. et al. Design and fabrication of heat pipes using additive manufacturing for thermal management. Appl. Therm. Eng., 2024, vol. 236, art. 121561, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.121561

[5] Reay D., Kew P., McGlen R. Heat pipes. Butterworth-Heinemann, 2013. 288 p.

[6] Zhang Z., Chai X., Wang C. et al. Numerical investigation on startup characteristics of high temperature heat pipe for nuclear reactor. Nucl. Eng. Des., 2021, vol. 378, art. 111180, doi: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2021.111180

[7] Vershinin S.V., Maydanik Y.F. Hysteresis phenomena in loop heat pipes. Appl. Therm. Eng., 2007, vol. 27, no. 5–6, pp. 962–968, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2006.08.016

[8] Pastukhov V.G., Maydanik Y.F. Low-noise cooling system for pc on the base of loop heat pipes. Appl. Therm. Eng., 2007, vol. 27, no. 5–6, pp. 894–901, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2006.09.003

[9] Maydanik Yu.F. Loop heat pipes. Appl. Therm. Eng., 2005, vol. 25, no. 5–6, pp. 635–657, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2004.07.010

[10] Maydanik Y.F., Vershinin S.V. Development and tests of ammonia miniature loop heat pipes with cylindrical evaporators. Appl. Therm. Eng., 2009, vol. 29, no. 11–12, pp. 2297–2301, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.11.016

[11] Pastukhov V.G., Maydanik Y.F. Active coolers based on copper-water LHPs for desktop PC. Appl. Therm. Eng., 2009, vol. 29, no. 14–15, pp. 3140–3143, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2009.04.016

[12] Jang J.H., Faghri A., Chang W.S. Analysis of the one-dimensional transient compressible vapor flow in heat pipes. Int. J. Heat Mass Transf., 1991, vol. 34, no. 8, pp. 2029–2037, doi: https://doi.org/10.1016/0017-9310(91)90214-Y

[13] Борщев Н.О., Антонов В.А. Теплогидравлическая модель двухфазно-го контура с компенсационной полостью. Тепловые процессы в технике, 2022, т. 14, № 4, с. 167–177, doi: https://doi.org/10.34759/tpt-2022-14-4-167-177

[14] Wang C., Wu Q., Fang Z. et al. Developments and prospects in temperature control technique of loop heat pipe for spacecraft. Front. Heat Mass Transf., 2025, vol. 23, no. 4, pp. 1261–1280, doi: https://doi.org/10.32604/fhmt.2025.066473

[15] Pan R., Zhang K., Wang W. et al. Heat transfer characteristics analysis of heat pipe based on COMSOL. Ann. Nucl. Energy, 2024, vol. 204, art. 110549, doi: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2024.110549