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高温碱金属钾热管传热性能的数值分析

目录

内容概括．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

1.1研究背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

1.2研究目的和意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.3文献综述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

高温碱金属钾的热物理性质．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

2.1钾的基本性质．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.2钾在高温下的行为．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

2.3钾与材料间的热交换特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

热管传热机制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

3.1热管的基本原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

3.2热管传热过程中的温度梯度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

3.3热管传热效率的影响因素．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

钾热管设计与优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

4.1热管结构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

4.2材料选择与热传导优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

4.3管内流体流动与分配策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

数值模拟方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

5.1数值模拟软件介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

5.2模拟模型建立．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

5.3计算参数设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

结果与讨论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

6.1热管传热性能分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25

6.2参数对传热性能的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

6.3不同设计参数的对比分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

结论与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29

7.1主要结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30

7.2局限性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

7.3后续研究方向．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

1.内容概括

高温碱金属钾热管作为一种高效的传热元件，在航天、核能及高热流密度电子器件冷却等领域具有广阔的应用前景。本研究聚焦于高温环境下使用钾作为工作流体的热管，通过数值模拟方法对其内部复杂的传热机制进行深入分析。

钾热管在高温条件下表现出独特的热物理特性，如低粘度和高导热系数，这使得其能够有效地传递大量热量而不产生显著的温差。然而，随着操作温度的升高，热管内的蒸发、凝结过程以及液体回流机制变得更加复杂，可能导致诸如干涸、沸腾危机等现象，从而影响热管的工作效率和可靠性。

本文基于实际工况条件，建立了包含相变传热、对流传热以及固体壁面导热在内的多物理场耦合模型。采用有限体积法求解控制方程，并引入适当的边界条件和初始条件以确保模型的准确性。特别地，考虑了钾金属在不同温度下的物性变化，以及热管结构对传热性能的影响，包括毛细芯设计、几何形状和尺寸等参数。

通过对模型结果的系统分析，探讨了关键因素如充液率、工作温度范围、热负荷等对钾热管传热性能的影响规律，揭示了高温环境下钾热管运行特性的本质机理。此外，还对比了实验数据与数值预测之间的差异，验证了所建模方法的有效性和精确度，为优化设计提供了