第1章引言
1.1研究背景與意義
1.2國內外研究現狀
1.2.1熱管毛細芯研究現狀
1.2.2堿金屬熱管研究現狀
1.2.3熱管堆繫統輸熱研究現狀
1.2.4研究現狀小結
1.3研究內容
1.4組織結構

第2章絲網芯毛細動力學實驗研究
2.1本章引論
2.2絲網芯毛細動力學實驗方案
2.2.1絲網芯毛細動力學實驗裝置
2.2.2實驗樣品制備與實驗流程
2.2.3實驗測量參數與不確定度分析方法
2.3水平堆疊絲網毛細動力學實驗結果分析
2.3.1鈉在絲網內浸潤前毛細動力學現像與分析
2.3.2鈉在絲網內浸潤後毛細動力學現像與分析
2.3.3不同目數絲網的毛細動力學現像與分析
2.4豎直平板多層絲網內毛細流動阻力實驗結果分析
2.5鈉在絲網表面毛細浸潤動態過程中的可視化實驗研究
2.5.1鈉在絲網表面毛細浸潤動態過程中的可視化實驗設計
2.5.2鈉在絲網表面毛細浸潤動態過程中的可視化實驗結果分析
2.6本章小結

第3章絲網芯毛細輸熱理論研究
3.1本章引論
3.2絲網芯毛細輸熱模型
3.2.1毛細邊界層定義
3.2.2毛細邊界層控制方程
3.2.3毛細邊界層外的毛細液膜控制方程
3.2.4毛細邊界層內外界面連續性方程
3.3絲網芯毛細輸熱模型驗證
3.3.1毛細邊界層模型驗證
3.3.2絲網芯鈉毛細提升過程理論分析
3.4絲網芯毛細力與輸熱特性分析
3.4.1鈉工質與低溫工質毛細力與輸熱特性對比
3.4.2絲邊長和絲徑對毛細力及輸熱的影響
3.4.3絲網芯內液位高度對毛細力及輸熱的影響
3.5本章小結

第4章堿金屬熱管輸熱模型研究
4.1本章引論
4.2堿金屬熱管輸熱模型
4.2.1堿金屬熱管模型控制方程
4.2.2氣液界面熱質耦合方程
4.2.3毛細力與流動阻力平衡方程
4.2.4模型邊界條件與求解
4.3堿金屬熱管輸熱模型驗證
4.3.1基於CFD的熱管模型流場驗證
4.3.2基於文獻實驗的熱管模型溫場驗證
4.4堿金屬熱管輸熱過程的模型分析
4.4.1熱流密度對熱管輸熱的影響
4.4.2熱流密度分布對熱管輸熱的影響
4.4.3冷端換熱邊界對熱管輸熱的影響
4.4.4長徑比對熱管輸熱的影響
4.5本章小結

第5章鈉熱管瞬態輸熱特性研究
5.1本章引論
5.2實驗裝置繫統
5.2.1空氣自然冷卻實驗繫統介紹
5.2.2強迫冷卻實驗繫統介紹
5.2.3實驗測量參數與不確定度分析方法
5.3鈉熱管啟動實驗研究
5.3.1熱管冷態啟動過程
5.3.2傾角對熱管啟動與傳熱性能的影響
5.3.3熱管啟動過程中的間歇沸騰現像
5.4鈉熱管毛細極限實驗研究
5.4.1高熱流密度下的毛細極限
5.4.2高加熱速率下的毛細極限
5.4.3負傾角下的毛細極限
5.4.4正傾角下的干涸極限
5.4.5四類毛細極限現像的比較分析
5.5鈉熱管輸熱實驗模型驗證
5.5.1啟動輸熱實驗的模型驗證
5.5.2毛細極限實驗的模型驗證
5.6鈉熱管毛細極限的模型分析
5.6.1運行傾角對毛細極限的影響
5.6.2熱流密度對毛細極限的影響
5.6.3絲網芯結構對毛細極限的影響
5.7本章小結

第6章熱管堆繫統輸熱特性研究
6.1本章引論
6.2熱管堆繫統輸熱分析方法
6.2.1堆芯穩態核-熱-力耦合方法
6.2.2堆芯瞬態功率方程
6.2.3堆芯瞬態分區域多通道熱力耦合方法
6.2.4基於多方過程的開式布雷頓循環集總參數模型
6.2.5熱管堆繫統輸熱分析方法分部驗證
6.3熱管堆啟堆輸熱特性研究
6.3.1旋轉鼓勻速轉動下的啟堆輸熱分析
6.3.2旋轉鼓間隔轉動下的啟堆輸熱分析
6.4熱管溫度振蕩對熱管堆輸熱特性影響分析
6.5熱管失效事故下反應堆輸熱特性研究
6.5.1局部熱管失效事故反應堆輸熱分析
6.5.2級聯熱管失效事故反應堆輸熱分析
6.6本章小結

第7章總結與展望
7.1總結
7.2創新點
7.3展望

附錄A絲網芯阻力繫數確定

附錄B堿金屬熱管輸熱模型計算流程

附錄C熱管堆穩態核熱力耦合原理與計算方法

附錄DMegaPower熱管反應堆建模參數

參考文獻

在學期間學術成果

致謝

深空、深海、深地領域蘊含重要戰略空間和豐富資源，加快“三深”空間資源探測開發，研究核心關鍵技術裝備，已成為當下重要的國際科技競爭制高點。“三深”空間環境復雜極端，常規能源供應方式（如化石燃料燃燒等）難以滿足探索開發的能源保障需求。2018年，美國試驗了一種革新性熱管微型反應堆，這種反應堆采用固態反應堆設計理念，通過高溫堿金屬熱管以非能動方式導出堆芯熱量，除具備核能高功率密度、高可持續性、高可靠性等優點外，還具有繫統簡單緊湊、可靜默運行、易無人化操控等固有技術優勢。因此，熱管堆被認為是解決“三深”領域探測開發穩定能源供應難題的理想選擇。美國在該領域已實現原型堆驗證，相比之下，我國還隻有局部和零星的工作，距離工程應用還非常遙遠。在當前國際形勢與科技競爭激烈的現實情況下，研究熱管堆對維護我國海洋主權、深空及深地安全等都有著極為特殊的意義。
馬譽高的博士學位論文圍繞熱管堆輸熱這個關鍵問題，從微觀絲網吸液芯傳熱到宏觀熱管傳熱，再到整個熱管堆繫統傳熱三個不同層次開展理論和實驗研究。解析了熱管毛細微觀機理與宏觀熱質輸運特性，構件到堆芯及繫統的分析方法和分析程序，為熱管堆微觀傳熱傳質與宏觀運行特性分析提供了理論基礎和工具，對我國熱管堆技術發展和實體堆研發均具有重要意義。
本書的主要創新性成果包括： 
1. 提出了毛細邊界層的模型和絲網芯毛細輸熱模型，揭示了分子間作用力與表面張力在氣、液、固三相接觸位置的競爭機制和絲網芯的跨尺度特征，加深了對熱管內毛細循環輸熱機理的認識。
2. 通過模擬分析和實驗對比驗證，對絲網高溫熱管毛細極限相關的間歇沸騰振蕩、啟動過程等進行了深入細致的分析和研究，提高了對熱管運行特性的理解。
3. 研究了熱管堆繫統耦合分析方法，建立了核熱力電耦合分析平臺，形成了自主化熱管堆繫統分析工具。重點對熱管失效等事故場景進行分析，得到了熱管堆的失穩判定方法。
我相信本書的出版一定會增強讀者對熱管堆輸熱中關鍵模型及方法的認識。

黃善仿
2023年3月於清華園