江浩文1，许〓辉1，丁〓琪1，张〓红1,2
(1.南京工业大学能源科学与工程学院，江苏 南京〓211816）
（2.南京林业大学校长办公室，江苏 南京〓210037)
摘要：高温平板热管作为传热元件，可用于各种非均匀热流载荷条件下的热疏导。针对局部热工况下高温平板热管蒸发端的流动传热进行数值模拟研究，获得了金属纤维毡压紧厚度、吸液芯结构、热源位置和进口温度等参数对蒸发端温度分布的影响规律。结果表明：所建立的模型可以较好地预测平板热管的温度分布，模拟值与实验值的误差均在6%以内；通过合理选择金属纤维毡压紧厚度与优化吸液芯结构可以改善热管的均温性能；当热源位于平板热管中部时可以获得比两端更好的均温性能；平板热管与适当的冷却方式相结合可以更好地强化热管的均温性能。
关键词：蒸发端温度分布；高温平板热管；数值模拟
中图分类号：TK172.4〓〓〓文献标识码：A〓〓〓文章编号：2095-509X(2022)01-0009-05


高温热管是一种具有极强传热能力的耐高温传热元件，通过壳体内部工质蒸气流动及工质在高温区的汽化吸热和低温区的液化放热实现热量的高速传输［1］，已成功应用于航空航天、石油化工、新能源开发利用等领域。将高温热管的冷、热端制作成平板形式相比于传统圆柱状热管更有利于贴合受热面，从而有效解决非均匀热流载荷条件下受热表面的热疏导问题。如Yang等［2］开发了一种新型塔式太阳能热板吸热器，并通过实验证明高温热板具有良好的启动及均温性能。
热管结构与运行参数的变化会对热管性能造成影响。于萍、白穜等［3-4］对高温热管再启动性能、吸液芯内钠金属流动特性、吸液芯性能、三角沟槽高温热管变热流传热特性等进行了模拟计算；胡聪香等［5-6］对非饱和多孔介质内毛细驱动流动进行模拟分析，结果表明多孔介质层中心处最容易出现干涸从而导致临界热流的发生，且空隙率越大，越不容易出现临界热流，同时通过假定平板热管多孔芯内流体的压力分布得出边界对于速度分布和流量计算的影响比惯性影响大；韩冶等［7］对钾热管内部传热传质机理进行模拟研究，并将模拟结果与实验数据进行对比，验证了模型的准确性；Fertahi等［8］运用流体体积分数模型（VOF）模拟封闭热虹吸管内蒸发和冷凝过程中的热传递，建立了计算流体动力学（CFD）模型，重现了蒸发段中的池沸腾和封闭的热虹吸管中的液膜冷凝。

高温热管多为圆柱状结构，而对平板热管的研究多集中在中低温度范围，对高温平板热管传热性能的研究较少，特别是对极端非均匀热流载荷条件下高温平板热管的传热特性的研究更少。本文针对高温钠平板热管在蒸发端局部受热条件下的传热过程进行模拟研究与实验验证，分别对不同参数下热管蒸发端的温度分布规律进行深入探讨，以为高温平板热管的研究提供参考。

1〓数值模拟
1.1〓几何模型
平板热管蒸发端（外壳）及吸液芯部分的几何模型如图1所示，其尺寸为长×宽×高=196 mm×100 mm×6 mm，底面钢板厚3 mm，前后两侧钢板厚2 mm，金属纤维毡的压紧厚度δsc有4种选择，分别为1,2,3,4 mm，4种不同厚度的金属纤维毡其多孔介质的孔隙率ε和渗透率K见表1。组合式吸液芯中三角沟槽尺寸取槽宽为0.8 mm、槽深为0.8 mm，矩形沟槽尺寸为槽宽0.5 mm、槽深0.5 mm。

基金项目：工业和信息化部重点实验室开放基金项目（CEPE2019008）
作者简介：江浩文（1995—），女，硕士研究生，主要从事高效传热传质设备技术研究