MW级空间核反应堆系统热管式辐射散热器分析及优化

张昊春，刘秀婷，魏前明，游尔胜，孙铭远

(1.哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001；2.中国核动力研究设计院 中核核反应堆热工水力技术重点实验室，四川 成都 610213)

空间核动力系统因其输出功率高、能量密度大、工作时间长[1]成为深空探测最具发展前景的选择之一。由于大功率空间核反应堆系统需要大量散热，故其辐射散热部分体积通常占据整体的60%左右，因此，对大功率空间核反应堆系统的辐射散热器进行设计和分析优化具有实际意义和参考价值。

已有的热管式空间冷却堆热电转换系统皆为概念设计方案，主要是堆芯热管所选用的工质和热电转化方式不同。如采用锂热管冷却堆芯、分段式静态热电偶转换器进行热电转换的HP-STMCs[2]和采用钠热管冷却堆芯、碱金属热电转换装置(AMTEC)进行热电转换的SAIRS[3](scalable AMTEC intergraded reactor space power system)热管式空间冷却堆，以上两种系统均采用钾热管通过散热器将废热排向太空。此外，还有用于火星表面活动的电源、热量通过钠热管被带出堆芯传递到能量转化系统的HOMER[4](heatpipe-operated mars exploration reactor)，通过自由活塞式斯特林发电机实现热电转换的kW级空间核反应堆电源Kilopower等[5]。近年来热管式辐射散热器的性能研究是国内外研究热点，谢荣建[6]运用遗传算法对地球静止轨道热控系统中热管辐射散热器进行性能研究，得出了热控制要求下最轻的散热器质量。刘逍等[7]对空间堆热管式辐射散热器进行初步设计分析，得到了相应功率下，必要热管根数及最佳冷却流体流量。……