Un nuevo modelo avanza en el análisis de transición de fase en tubos de calor

Aug 02, 2023

Un grupo de investigación dirigido por el Prof. YU Dali de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas de la Academia China de Ciencias (CAS), junto con investigadores de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong, ha desarrollado un modelo computacional de dinámica de fluidos transitorio en 3D para investigar el líquido. -flujo de vapor y transferencia de calor para un tubo de calor de agua bajo diversas cargas no uniformes.

El estudio fue publicado en Annals of Nuclear Energy.

Los caloductos son dispositivos de transferencia de calor altamente eficientes que utilizan la transición de fase de un fluido de trabajo para lograr una transferencia de calor de alto flujo. En comparación con los metales convencionales, la eficiencia de transferencia de calor de los caloductos es decenas o incluso cientos de veces mayor. Como resultado, los tubos de calor han encontrado aplicaciones en diversos campos que requieren transferencia de calor de alta densidad, incluida la exportación de calor desde el núcleo de pequeños reactores de estado sólido, radiadores radiativos, desviadores de reactores de fusión y componentes electrónicos avanzados.

En este estudio, los investigadores desarrollaron el modelo de tubo de calor transitorio 3D utilizando el software FLUENT. El modelo se validó comparando sus resultados con datos experimentales obtenidos en condiciones de calentamiento uniformes y no uniformes. La comparación mostró una tasa de error de hasta el 4,73%.

Con este modelo, se observaron por primera vez utilizando metodología numérica las características de flujo circunferencial del tubo de calor en la región de la mecha en condiciones de calentamiento no uniformes.

Además, los investigadores examinaron cómo la longitud de la sección adiabática, la potencia de calentamiento y el rango de calentamiento afectaban las propiedades termohidráulicas del tubo de calor cuando se cargaba de diferentes maneras.

Descubrieron que el tubo de calor se ponía en marcha mucho más rápido cuando se aumentaba la potencia de calentamiento o se reducía la longitud de la sección adiabática. Demostraron que reducir el rango de calentamiento circunferencial no cambiaba el tiempo de inicio.

Además, la potencia de calentamiento desigual en la dirección horizontal provocó que el punto de la pared con la temperatura más alta se inclinara hacia el punto con la potencia más alta. Por otro lado, cuando el tubo de calor se calentaba uniformemente, la temperatura en la pared era la más baja.

"Nuestros resultados proporcionan un valioso apoyo teórico y herramientas analíticas para una mayor investigación y desarrollo de tubos de calor de alto perfil", afirmó el profesor YU Dali.

Este trabajo fue apoyado por el Fondo del Director de HFIPS y la Beca CityU.

Diagrama esquemático y resultados de cálculo de heatpipes. (Imagen de LIU Jian)