ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Некоторые экспериментальные результаты из "Что такое тепловая труба " Экспериментальные исследования тепловых труб с каждым годом проводятся все шире и шире. Выявляются новые возможности их перспективного использования в разнообразных областях современной техники. -Поток информации по этому вопросу настолько велик, что нам придется ограничиться описанием лишь основных результатов, достигнутых в настоящее время в лабораториях различных стран. [c.90] Инфрмационный материал собран в табл. 5 и сгруппирован по рабочим температурным интервалам. Границы интервалов не отражают какого-либо глубокого физического смысла, они выбраны условно из соображений удобства систематизации. Рассмотрению подлежат лишь те эксперименты, в которых ресурс работы исследуемых труб превышал 300 ч. Приведенные параметры, естественно, не следует рассматривать как установившиеся. Уже в процессе подготовки книги к печати многие из этих параметров подверглись значительному улучшению. [c.90] В диапазоне средних температур (600—1 500° С) следует отметить непрерывную работу в течение более года тепловой трубы из молибденового сплава с литием в качестве рабочей жидкости. При 1 500° С достигнута плотность теплового потока 60 вт/сж . [c.91] В высокотемпературной области наибольший интерес вызывают данные, полученные на рениевой тепловой трубе с наполнением индием. При 2 000° С ресурс работы составлял около 1 ООО ч. Высокая стоимость рения, видимо, несколько затруднит широкое использование таких труб, но следует учесть, что это лишь первые опытные результаты. В дальнейшем должны быть изысканы методы нанесения рениевого покрытия только на внутреннюю поверхность трубы, весь корпус которой будет сделан из менее дорогого материала. Недостаточно полно еще исследована применяемость различных высокотемпературных сплавов. Экспериментально показано сильное влияние на ресурс технологии вакуумного отжига и наполнения тепловых труб. В этой области наметились большие сдвиги. Все это дает основание предполагать, что в ближайшие годы ресурс работы тепловых труб в области температур свыше 2 000° С будет существенно увеличен. [c.91] Следует подчеркнуть, что применительно к тепловым трубам ресурс работы в полном смысле означает работу без какого-либо надзора. В то же время непрерывная работа, например, контура с теплоносителем предполагает систематическое профилактическое обслуживание. [c.91] Анализируя представленные в табл. 5 данные по величине достигнутой плотности передаваемого теплового потока, иельзя не обратить внимание на максимально достигнутую на тепловых трубах величину —15 кет через 1 сечения парового канала. Результат получен при 1 500° С в тепловой трубе из тантала с литием в качестве рабочей жидкости. Характерны размеры трубы — весьма большая длина (500 мм) при относительно малом диаметре (менее 10 мм). В следующей графе таблицы приведена величина плотности теплового потока 10 кет/см , которая, как предполагается, будет в ближайшее время достигнута прп температуре 1 600° С. [c.91] Можно попытаться оценить эффективную теплопроводность рассматриваемой тепловой трубы. Для определенности предположим, что температурный перепад на ней не превышает 5° С. Тогда при длине трубы 50 см эффективная теплопроводность составит 1,5 10 вт/см град, что более чем в 10 раз больше теплопроводности вольфрама при температуре 1 500° С. [c.94] На основании приведенных экспериментальных данных попробуем более четко обрисовать перспективы использования тепловых труб с точки зрения снижения веса теплопроводов. Воспользуемся для простоты приведенным выше примером. По данным этого примера полный передаваемый тепловой поток составляет около 1 кет при перепаде температуры между концами трубы около 2° С. Вес же самой трубы, по-видимоаду, не превысит 500 г. Если бы требовалось обеспечить такие же условия передачи тепла на расстояние 60 см при использовании сплошного медного теплопровода, то потребовался бы медный брус диаметром около метра и весом в пять с лишним тонн (рис. 53). Выигрыш в весе составил почти десять тысяч раз. Не требуется пояснять, насколько это важно в авиации и космической технике, где непрерывно ведется упорная борьба за каждый килограмм веса. [c.95] Одна из схем последовательного соединения приведена на рис. 54. [c.95] Для специальных целей, вообще говоря, возможно обеспечение высоких электроизоляционных свойств между входом и выходом тепловой трубы. В этом случае имеет место уникальное сочетание высокой теплопроводности и низкой электропроводности—явное нарушение классического закона Видемана — Франца, согласно которому эти свойства всегда взаимосвязаны. Чем выше теплопровод1юсть, тем выше должна быть и электропроводность. [c.97] собственно, п все характерцстим тепловых труб, Джекоб Перкинс — американский изобретатель-самоучка, вряд ли глубоко вникал в сущность процессов, происходящих в трубах, наполненных смесью воды и пара. Он просто обратил внимание на способность таких устройств передавать тепло от топки, где температура может колебаться в зависимости от режима горения топлива, к пекарной камере, создавая в ней условия очень равномерного нагрева. Предложенная ]1м схема. хлебопекарни в общих чертах осталась неизменной и до на- стоящего времени (рис. Е 55). Появилась возможность равномерно подводить тепло к большой площади от сравнительно малой по размерам тапки. Способность тепловых труб выравнивать и стабилизировать температуру избавила пекарей от необходимости ежеминутно переворачивать хлеб, предохраняя его от пригорания, а в дальнейшем облегчила организацию конвейерной выпечки хлеба. Домашние хозяйки, приготовляющие пироги, не отказались бы от установки таких устройств в духовках газовых плит. Применение тепловых труб в хлебопекарной промышленности, где они носят название трубок Перкинса, позволило отделить зону выпечки хлеба от загрязненной газами и топливом зоны топки. [c.98] Хлебопекарная печь, построенная по такому принципу, имеет одну или несколько пекарных камер, через которые в специальных лотках движутся по конвейеру хлебные изделия. Тепловые трубы для хлебопекарных печей обычно имеют форму цилиндра с наружным диаметром от 15 до 100 мм при соответствующих толщинах стенок 2—15 мм. В качестве рабочей жидкости используется вода, заполняющая 32—33% внутреннего объема. [c.98] В существующих печах трубы достигают значительной длины (2—6 м) и располагаются с наклоном 11 — 27 мм на 1 м длины. В начальной стадии эксплуатации соблюдаются условия плавного повыщения температуры топки во избежание возникновения режима пленочного кипения, приводящего к нарушению циркуляции паровоздушной смеси и прожога стенок труб. В нормальных условиях работы давление внутри трубы составляет 30—40 бар. При этом давлении вода закипает при температуре 230—250°С. По существу это и является рабочей температурой рассматриваемых труб. [c.99] В отечественной пищевой промышленности иопользу-ется целый ряд печей с нагревательными трубами, например двухъярусная карусельная печь марки ХПК. В этой печи общим парообразователем для всех труб служит специальная коробка. [c.99] Двухъярусная печь марки ХВ имеет две печные камеры, в каждой из которых уложено по 32 нагревательные трубы с уклоном в сторону топки от 11,5 до 12,5 мм на 1 м длины. Можно упомянуть также двухъярусную печь УТС. Каждый под этой печи обогревается двумя рядами нагревательных труб по 40 штук на под. Уклон их над подом составляет 13,6 мм, а под ним — 27,5 мм на 1 м длины. [c.99] В большой энергетике также найдется место для перспективного использования тепловых труб. Коэффициент полезного действия современных тепловых электростанций вплотную приблизился к 40%. Повысить далее эту величину оказывается весьма трудно. Один из возможных путей— Повышение температуры рабочего цикла, но это приводит к сильному нагреву лопаток турбин и потере их прочности. В основном греются тонкие концы лопаток, наиболее удаленные от массивного ротора. Здесь опять на помощь могут прийти тепловые трубы. Лопатки можно сделать пустотелыми и заполнить их рабочей жидкостью, прн этом они по существу превратятся в соответствующей формы тепловые трубы. Возират конденсата в них будет осуществляться за счет центробежных сил, т. е. капиллярная структура в данном случае ие потребуется. Зона испарения — это зона максимального притока тепла па концах лопаток, зона конденсации—основа1ше лопаток, откуда тепло будет передаваться ротору и далее выводиться по нему из зоны прохождения струи пара. Видимо, ротор также можно сделать пустотелым, превратив его в большую тепловую трубу, что не только позволит улучшить теплопередачу по нему, по и ускорит время прогрева всей турбины до рабочих температур в период запуска [Л. 29]. [c.100] СВЧ и т. д., словом, везде, где требуется эффективный отвод тепловых потоков очень большой плотности. Принцип тепловой трубы реализуется также и в широко распространенном методе охлаждения стационарных генераторных ламн на крупных радиостанциях. [c.101] При рабочей температуре 100°С в условиях естественной конвекции данное устройство осуществляет теплоотвод около 100 вт, а при принудительном обдуве медных дисков при той же температуре — до 600 вт. Тепловая труба принимает тепловой поток большой плотности, переносит его на большое расстояние с незначительным температурным перепадом, доконцентри-рует его, т. е. при меньшей плотности подводит на большую поверхность, где он может быть легко отведен естественной конвекцией или обдувом. [c.101] Эти качества делают такие радиаторы особенно перспективными для осуществления теплосброса в космосе, где нежелательный эффект падения температуры по длине обычных радиаторов приводит к еще большему возрастанию веса и габаритов. Действительно, в условиях космоса единственным механизмом теплосброса является излучение, а излучаемый поток пропорционален четвертой степени температуры. Это означает, например, что если на участке излучающего ребра понизится температура с 1000 до 990° С, то плотность сбрасываемого потока уменьшится здесь в 1,2 раза. [c.102] Вернуться к основной статье