Un nuovo modello migliora l'analisi della transizione di fase nei tubi di calore

Aug 02, 2023

Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. YU Dali dell'Hefei Institutes of Physical Science dell'Accademia cinese delle scienze (CAS), insieme a ricercatori dell'Università della città di Hong Kong, ha sviluppato un modello fluidodinamico computazionale 3D transitorio per studiare il liquido -flusso di vapore e trasferimento di calore per un tubo di calore ad acqua sottoposto a vari carichi non uniformi.

Lo studio è stato pubblicato su Annals of Nuclear Energy.

I tubi di calore sono dispositivi di trasferimento di calore altamente efficienti che utilizzano la transizione di fase di un fluido di lavoro per ottenere un trasferimento di calore ad alto flusso. Rispetto ai metalli convenzionali, l’efficienza del trasferimento di calore dei tubi di calore è decine o addirittura centinaia di volte superiore. Di conseguenza, i tubi di calore hanno trovato applicazioni in vari campi che richiedono trasferimento di calore ad alta densità, inclusa l’esportazione di calore dal nucleo di piccoli reattori a stato solido, radiatori radiativi, divertori di reattori a fusione e componenti elettronici avanzati.

In questo studio, i ricercatori hanno sviluppato il modello 3D del tubo di calore transitorio utilizzando il software FLUENT. Il modello è stato validato confrontando i suoi risultati con i dati sperimentali ottenuti in condizioni di riscaldamento sia uniformi che non uniformi. Dal confronto è emerso un tasso di errore fino al 4,73%.

Con questo modello, le caratteristiche del flusso circonferenziale del tubo di calore nella regione dello stoppino in condizioni di riscaldamento non uniformi sono state osservate per la prima volta utilizzando una metodologia numerica.

Inoltre, i ricercatori hanno esaminato come la lunghezza della sezione adiabatica, la potenza di riscaldamento e l'intervallo di riscaldamento influenzassero le proprietà termoidrauliche del tubo termico quando veniva caricato in modi diversi.

Hanno scoperto che il tubo termico si avviava molto più velocemente quando la potenza di riscaldamento veniva aumentata o la lunghezza della sezione adiabatica veniva ridotta. Hanno dimostrato che l'abbassamento del range di riscaldamento circonferenziale non ha modificato il tempo di avvio.

Inoltre, la potenza di riscaldamento non uniforme nella direzione orizzontale ha fatto sì che il punto della parete con la temperatura più alta si inclinasse verso il punto con la potenza più alta. D'altra parte, quando il tubo termico veniva riscaldato in modo uniforme, la temperatura sulla parete era minima.

"I nostri risultati forniscono un prezioso supporto teorico e strumenti analitici per ulteriori ricerche e sviluppo di tubi di calore di alto profilo", ha affermato il Prof. YU Dali.

Questo lavoro è stato sostenuto dal Fondo del Direttore HFIPS e dal CityU Grant.

Diagramma schematico e risultati del calcolo dei tubi di calore. (Immagine di LIU Jian)