高溫熔鹽重力熱管的關(guān)鍵科學(xué)問題研究

熔鹽是一種熔融狀態(tài)下高效傳熱工質(zhì)，廣泛應(yīng)用于傳熱儲熱領(lǐng)域。由于其高效傳熱特性，本課題將其用作高溫重力熱管的傳熱工質(zhì)。本課題通過對單組份硝酸鹽、單組份溴化鹽、混合硝酸鹽、混合溴化鹽的高溫?zé)嵛镄匀缑芏取⑷埸c、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度、表面張力、飽和蒸汽壓、熔化潛熱、分解溫度等進行實驗研究，綜合考慮工質(zhì)傳輸能力和飽和蒸汽壓力，初步選擇課題組前期開發(fā)的四元混合硝酸鹽-低熔點熔鹽Hts作為熱管傳熱工質(zhì)，研制了不同熔鹽填充質(zhì)量的高溫熔鹽重力熱管。在此基礎(chǔ)上，通過實驗方法研究了熔鹽填充質(zhì)量、熱管傾角對熱管啟動穩(wěn)定性、啟動時間、軸向溫度分布等的影響；該熔鹽熱管在熔鹽充裝量40g時，熱管啟動效果最好，在傾角50°時熱管傳熱效果最好。填充40克低熔點熔鹽和萘的熱管實驗對比結(jié)果表明，低熔點熔鹽熱管的響應(yīng)時間比萘熱管的時間短，初步證明了低熔點熔鹽作為熱管工質(zhì)的可行性。但由于熔鹽在高溫下具有較低的飽和蒸汽壓及抽真空和真空保持的影響，熔鹽在熱管內(nèi)的蒸發(fā)速度低，導(dǎo)致熱管傳熱阻力相對較大.熔鹽熱管還需要進一步研究，優(yōu)選更適合作為熱管傳熱工質(zhì)的熔鹽。 2100433B

本項目將高效傳熱工質(zhì)熔鹽與高溫?zé)峁芟嘟Y(jié)合，開拓一種以熔鹽作為傳熱工質(zhì)的新型高效傳熱元件-高溫熔鹽重力熱管，具有高效傳熱、安全環(huán)保、成本低廉等優(yōu)點。針對熔鹽傳熱工質(zhì)，研究提出高溫?zé)峁苡萌埯}傳熱工質(zhì)的優(yōu)選機制；探索加熱功率、傾角、熔鹽關(guān)鍵熱物性、蒸發(fā)段與冷凝段比、充液量等主要因素對高溫熔鹽重力熱管的起動性能影響規(guī)律；研究加熱功率、傾角、熔鹽關(guān)鍵熱物性等主要因素對高溫熔鹽重力熱管傳熱性能如等溫性能、傳熱極限、蒸發(fā)段與冷凝段傳熱系數(shù)和熱阻等的影響規(guī)律，揭示高溫熔鹽重力熱管的傳熱機理；主要采用數(shù)值模擬與理論分析的方法，研究高溫熔鹽重力熱管內(nèi)蒸發(fā)換熱與凝結(jié)換熱的換熱機理。在此基礎(chǔ)上，提出高溫熔鹽重力熱管的優(yōu)化設(shè)計方法。研究成果將為我國節(jié)能減排提供新技術(shù)，為我國傳統(tǒng)能源和可再生能源的高效利用提供新的技術(shù)支撐。

國外最早的高溫?zé)峁鼙粦?yīng)用于空間技術(shù)上。1970年美國RCA首次用100根高溫?zé)峁芘懦梢粋€寬65 cm，高108 cm的方陣，制成了一種空間輻射器，這種熱管輻射器可帶走50 kW熱量，能減輕因流星損傷而引起的載熱體的泄漏。后來高溫?zé)峁荛_始逐漸向其他領(lǐng)域不斷滲透。

我國高溫?zé)峁艿膽?yīng)用研究始于1978年，中國科學(xué)院力學(xué)研究所首次成功地研制成功了外延爐等溫?zé)峁埽捎酶邷剽c熱管作為等溫元件，用于半導(dǎo)體材料生產(chǎn)中的一種摻雜工藝，使這種管式爐的等溫精度從原來的± 0.1℃提高到±(0.02～ 0.03)℃，等溫性能獲得了很好的改進，爐子的使用壽命也明顯提高。