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液态金属高温热管的理论和试验研究

冯踏青  
【摘要】:本文根据当今世界上热管开发研究的新趋势和我国的具体国情与热管研究现状,开展了关于液态金属高温热管的理论、试验及其生产、应用的研究。同时,完成了对新发明(中国发明专利961171175.8)研制的钠钾共熔合金高温热管的理论和试验研究。研究获得的一系列结论将对液态金属高温热管在工业领域,特别是能源工程领域的设计、生产与应用具有重要的参考价值。 本文首先全面地分析了各种液态金属工质的特点,探讨了高温热管常用和一些有应用前景的工质。在理论分析的基础上,作者及其同事提出了钠钾合金热管的新思想,并通过试验论证了其可行性和实用性,填补了热管研究领域的一项空白。 在回顾现有成熟的高温热管理论的基础上,本文系统地总结了前人液态金属高温热管从冷态启动到稳态工况的一系列阶段的不同理论分析模型,即稀薄气体(自由分子流)的自扩散二维瞬态模型、连续流转变温度区概念和“平面前锋”分析解模型以及瞬态二维可压缩层流模型与稳态二维不可压缩层流模型,在此基础上,作者首次对重力型高温热管的理论作了专门的研究。同时,对高温热管相变换热的机理也作了深入的讨论,作者结合钠钾合金工质揭示了液态金属蒸发传热的特点。钠钾合金高温热管的传热极限也得到了深入的分析。 其次,作者进行了钾和钠钾合金液态金属高温热管的试验研究,通过试验分析了它们的启动特性、等温性能、稳态工作性能以及传热性能,部分试验结果与理论计算进行了比较。试验得到的结论将为高温热管的工业应用设计提供可靠的参考依据。 本文还系统地论述了工业化规模生产高温热管的设备、工艺和技术,讨论了液态金属高温热管结构材料与工质相容性问题,通过理论和实践剖析了高温腐蚀的机理,作者及同事提出了液态金属致脆性的高温热管腐蚀新观点。 在介绍高温热管在一些国民经济领域成功应用的基础上,本文最后为作者负责或参与设计的高温热管在余热利用等能源工程领域中的最新开发应用,并对其所产生的经济和社会效益作了评价。


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