[发明专利]一种热管堆传热接口装置

说明书

本发明实施例涉及海洋核动力系统技术领域，提供一种热管堆传热接口装置。所述热管堆传热接口装置包括基体，所述基体内分布有用于安插热管的安装孔，每一所述安装孔的周围分布有供冷却工质流通的贯穿所述基体的传热通道，所述传热通道为变截面通道。本发明实施例提供的热管堆传热接口装置，一方面通过在基体上设置用于安装热管的安装孔和供冷却工质流通的传热通道，使冷却工质通过基体与热管进行换热，相比于传统的热管换热器，避免了冷却工质对热管的直接冲刷造成的热管振动和腐蚀；另一方面通过设置变截面的传热通道，使冷却工质在传热通道的轴向沿程上保持最大传热能力和最小流动阻力，提高换热效率。

技术领域

本发明涉及海洋核动力系统技术领域，尤其涉及一种热管堆传热接口装置。

背景技术

海洋核动力系统中的热管冷却反应堆(简称：热管堆)本体为一体化的“蜂窝煤”结构，热管和燃料棒交替插入“蜂窝煤”结构体的孔中，燃料棒与热管间通过结构体导热传热，以热管利用毛细力非能动传热的方式将堆芯的热量导出，可以取消传统一回路主泵等动部件，使堆芯结构大大简化，可靠性也随之提高。

热管堆与动力转换系统之间需要专门的传热装置，用以带出热管所携带的热量，并传递给后续动力转换系统，例如超临界二氧化碳循环发电系统或者氦气布雷顿循环发电系统。该传热装置作为反应堆和动力转换系统的桥梁，尤其应用于海洋时，在外部恶劣环境的影响下，能否安全、安静、稳定的传递能量，是核动力系统的非常关键的环节。

目前针对热管的传热，通常采用壳体将热管围住，然后冷却工质横掠或顺流冲刷热管，类似于传统管壳式换热器的结构，这种传热形式并不适用热管堆。主要原因是热管堆的热管温度可达500℃以上，如冷却工质超临界二氧化碳或氦气的流速过高，且直接冲刷热管，将带来热管的振动而产生噪声，且长时间的振动易导致热管损坏；某些特殊的冷却工质在高温下具有一定腐蚀性，会造成热管管壁的腐蚀，造成热管泄漏。另外，冷却工质在轴向沿程上的温度、密度、流速等的变化对冷却工质的传热能力和流动阻力存在不同程度的影响，而传统的换热装置无法适应冷却工质的轴向沿程变化，使得传热效率低。再有，反应堆的功率分布不均匀使冷却工质的温度也呈现不均匀的分布，从而导致传热装置的支撑构件的热膨胀特征复杂，容易带来安全隐患。

发明内容

本发明实施例提供一种热管堆传热接口装置，用以解决现有的热管换热技术容易引起热管振动而导致热管损坏，且传热效率低的问题。

本发明实施例提供一种热管堆传热接口装置，包括基体，所述基体内分布有用于安插热管的安装孔，每一所述安装孔的周围分布有供冷却工质流通的贯穿所述基体的传热通道，所述传热通道为变截面通道。

其中，所述传热通道的横截面为圆形，根据公式计算得到所述传热通道的横截面直径；

其中，Q为传热量，C_p为冷却工质的比热容，T₀为冷却工质的初始温度，W为冷却工质的流量，R_e为雷诺数，P_r为普朗特数，f为冷却工质的阻力系数，h为冷却工质的传热系数，u为冷却工质的流速，k为冷却工质的导热率，λ为冷却工质的粘度。

其中，所述基体内还设有一次均温通道和二次均温通道，所述基体分为位于中心呈圆柱状的中心区及位于所述中心区外的外围区，所述一次均温通道连通位于所述中心区的所述传热通道，所述二次均温通道连通位于所述外围区的所述传热通道。

其中，所述中心区的截面直径为所述基体的同向截面最小宽度的0.45～0.6倍。

其中，所述传热通道呈圆形阵列排布，所述一次均温通道和所述二次均温通道均沿所述传热通道的径向延伸。

其中，所述一次均温通道靠近所述基体的工质入口端并位于所述基体的三等分处，所述二次均温通道靠近所述基体的工质出口端并位于所述基体的另一三等分处。

其中，所述安装孔为盲孔。