Novo modelo avança na análise de transição de fase em tubos de calor

Aug 02, 2023

Um grupo de pesquisa liderado pelo Prof. YU Dali dos Institutos de Ciências Físicas de Hefei da Academia Chinesa de Ciências (CAS), juntamente com pesquisadores da Universidade da Cidade de Hong Kong, desenvolveu um modelo de dinâmica de fluidos computacional 3D transitório para investigar o líquido -fluxo de vapor e transferência de calor para um tubo de calor de água sob várias cargas não uniformes.

O estudo foi publicado em Annals of Nuclear Energy.

Os tubos de calor são dispositivos de transferência de calor altamente eficientes que utilizam a transição de fase de um fluido de trabalho para obter uma transferência de calor de alto fluxo. Em comparação com os metais convencionais, a eficiência de transferência de calor dos tubos de calor é dezenas ou até centenas de vezes maior. Como resultado, os tubos de calor encontraram aplicações em vários campos que exigem transferência de calor de alta densidade, incluindo exportação de calor do núcleo de pequenos reatores de estado sólido, radiadores radiativos, desviadores de reatores de fusão e componentes eletrônicos avançados.

Neste estudo, os pesquisadores desenvolveram o modelo 3D de tubo de calor transitório usando o software FLUENT. O modelo foi validado comparando seus resultados com dados experimentais obtidos sob condições de aquecimento uniformes e não uniformes. A comparação mostrou uma taxa de erro de até 4,73%.

Com este modelo, as características do fluxo circunferencial do tubo de calor na região do pavio sob condições de aquecimento não uniformes foram observadas pela primeira vez utilizando metodologia numérica.

Além do mais, os pesquisadores examinaram como o comprimento da seção adiabática, a potência de aquecimento e a faixa de aquecimento afetavam as propriedades termo-hidráulicas do tubo de calor quando ele era carregado de diferentes maneiras.

Eles descobriram que o tubo de calor iniciava muito mais rápido quando a potência de aquecimento era aumentada ou o comprimento da seção adiabática era reduzido. Eles provaram que a redução da faixa de aquecimento circunferencial não alterou o tempo de inicialização.

Além disso, a potência de aquecimento desigual na direção horizontal fez com que o ponto na parede com a temperatura mais alta se inclinasse em direção ao ponto com a potência mais alta. Por outro lado, quando o tubo de calor era aquecido uniformemente, a temperatura na parede era mais baixa.

"Nossos resultados fornecem suporte teórico valioso e ferramentas analíticas para futuras pesquisas e desenvolvimento de tubos de calor de alto perfil", disse o Prof. YU Dali.

Este trabalho foi apoiado pelo Fundo do Diretor HFIPS e pelo CityU Grant.

Diagrama esquemático e resultados de cálculo de tubos de calor. (Imagem de LIU Jian)