高温热管在化工、能源领域的应用往往面临渗氢失效的问题，采用氢气渗透速率较高的透氢膜构建“氢窗”来实现连续排氢，是目前高温热管防止渗氢失效的主要方法。现有的氢窗结构如图1所示，将一端封闭的镍管置于冷凝段轴线处，热管运行时在镍管内通入吹扫气，从而将渗入的氢气及时排出。这种方法简单可靠，但经试验验证，氢气气塞区（即热管的失效区）仍占热管总长的10%~30%。所以如何设计构建更高效的氢窗，以进一步减少氢气气塞区的长度是保证高温热管在临氢工况下高效运行的关键。

图1 高温热管氢窗结构与排氢过程

汽液相变CFD仿真技术可以再现热管内部的相变和流动传热过程，为高温热管渗氢失效过程含不凝性气体的复杂相变传热机理研究提供了直观、可靠的方法，也可辅助高温热管氢窗结构的优化设计。针对低温、中温热管内部相变传热过程的CFD仿真，我们团队已形成了较完善的模型构建和求解策略。然而高温热管的CFD仿真还涉及工质在多孔介质内的流动和传热、辐射传热，建模和求解过程更为复杂。此外，高温热管以碱金属为工质，其热物性参数与中低温热管采用的工质（水、氨、导热姆等）具有显著差异，比如金属钠的热导率高远远大于中低温工质，导致其起始沸腾过热度极高，甚至超过100℃，所以高温热管CFD仿真建模对相变模型的适用性也提出了较高的要求。

近期，我们团队搭建了高温热管的传热特性与渗氢失效试验平台，开展了钠热管的传热和渗氢失效测试。基于VOF多相流方法，耦合PPC相变模型、多孔介质模型、DO辐射模型，并引入不凝性气体（氢气）的影响，构建了高温热管的CFD仿真模型。基于试验结果对构建的模型进行了验证，并开展了渗氢失效过程的模拟，探讨了氢气在渗入高温热管后随工质汽化和冷凝过程的迁移规律，初步揭示了高温热管的渗氢失效机制，为进一步开展高温热管氢窗的优化设计工作奠定了基础。

相关成果发表在国际传热传质期刊（International Journal of Heat and Mass Transfer），题目：CFD modeling of liquid-metal heat pipe and hydrogen inactivation simulation, 2022, 199, 123490. 第一作者为王啸远副研究员，通讯作者为陈海军教授，全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123490。视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1RV411K7TX/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=2c7b381ccef16ac178dcd7fd3db03273

图2 高温热管的传热特性与渗氢失效试验平台

图3 高温热管典型渗氢失效与再生过程

图4 高温热管CFD仿真

图5 高温热管渗氢失效CFD仿真结果

                          图6 高温热管渗氢失效CFD仿真动画