ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Течение газа со вдувом и отсосом массы. Течение пара в тепловых трубах из "Физические основы тепловых труб " В качестве фитилей тепловых труб могут использоваться различные капиллярно-пористые материалы металлический войлок, прессованное металлическое волокно, пористые структуры, состоящие из нескольких слоев сеток, спеченные пористые материалы и т. п. [c.37] Капиллярно-пористые материалы — это твердые тела, содержащие большое количество пустот, характерный размер которых весьма мал по сравнению с характерным размером тела. Пористые материалы по структуре разделяют на упорядоченные и неупорядоченные. Примером упорядоченной структуры может служить пористый материал, полученный при правильной укладке шаров одинакового размера. Неупорядоченную структуру представляют собой, например, пористые спеченные материалы, состоящие из компонентов различного размера. Чаще всего в пористых телах пустоты распределены беспорядочно. Структура таких тел может быть описана статистически. Однако течение жидкости в этих телах удобно анализировать с использованием макроскопических характеристик, которые зачастую определяются опытным путем [1]. [c.37] Основными характеристиками капиллярно-пористых тел при применении их в тепловых трубах являются объемная и поверхностная пористость, проницаемость, эффективный радиус пор структуры при создании капиллярного напора, насыщенность жидкостью. [c.37] Для тепловых труб представляет интерес именно активная пористость, которая определяет такой показатель, как проницаемость. [c.38] Удельная поверхность Руд пористого тела представляет собой площадь внутренних поверхностей пор, приходящихся на единицу поверхности объема тела. Она является параметром, определяющим проницаемость. [c.38] Часто пористые материалы обладают свойством анизотропности, т. е. проницаемость их в различных направлениях различна. Пример анизотропной капиллярной структуры — структура из сеток саржевого плетения проницаемость для этой структуры различна вдоль и поперек основы сеток. [c.38] Трудности использования этою уравнения заключаются в том, что величины т и / уд взаимозависимы и определить их по отдельности весьма сложно. Значения безразмерной постоянной Козени С для различных образцов капиллярно-пористого тела с неупорядоченной структурой обычно определяются эмпирически и имеют значительный разброс. [c.39] Теория Козени широко используется при теоретических обобщениях, существует много ее модификаций. Следует отметить, что эта теория дает хорошие результаты лишь при малых значениях пористости, при большой пористости необходимо учитывать статистический характер распределения составляющих пористого материала. [c.39] Насыщенность жидкостью. Пустоты в пористом материале могут быть заполнены как жидким теплоносителем, так и его парами или газом. Насыщенность пористой среды 5с теплоносителем определяется как относительная часть объема пустот тела, занятая жидкостью, т. е. [c.39] Рассматривая зависимость капиллярного давления от насыщенности среды жидкостью, отметим возможность существования гистерезиса — кривые капиллярного давления при впитывании жидкости и при осушении могут быть различны. Существование гистерезиса объясняется различными причинами. Контактные углы могут иметь различные значения в случае продвижения фронта жидкости в образец и при вытеснении жидкости из него. Это обстоятельство может быть связано с тем, что контактный угол изменяется со временем вследствие изменения свойств поверхности твердого тела под воздействием жидкости. Капиллярный гистерезис может быть обусловлен и самой геометрией пор. Так, гистерезис можно наблюдать в открытой капиллярной трубке с локальным сужением поперечного сечения. При медленном опускании такой трубки в смачивающую жидкость высота подъема жидкости сохраняется почти постоянной. При вынимании жидкость задерживается в месте сужения, а затем, когда капиллярные силы, возникшие за счет образования мениска в месте сужения оказываются недостаточными для уравновешивания гидростатического столба, уровень жидкости скачком понижается. [c.39] Создание теории для описания течения в полностью насыщенной жидкостью капиллярной структуре, модификация уравнений в целях учета особенностей при неполном насыщении, описание гистерезиса — эти вопросы весьма актуальны для разработки капиллярных структур тепловых труб, для определения критических тепловых потоков, для исследования заполнения фитилей в гравитационном поле и невесомости. Их изучению посвящены, в частности, работы [3, 4], обзор некоторых результатов дан в [5], а в [1, 6—9] читатель найдет полезные сведения по рассматриваемому вопросу. [c.40] Анализ гидродинамики парового потока в тепловых трубах по ряду причин связан со значительными трудностями. Вследствие испарения и конденсации теплоносителя приходится рассматривать поток переменной массы, возникает необходимость учитывать наличие как осевой, так и радиальной составляющей скорости. Вдув при испарении и отсос при конденсации приводят к изменению коэффициента трения на стенке тепловой трубы, число Рейнольдса осевого потока переменно. Изменение давления по ходу потока пара обусловлено не только влиянием трения, но и в значительной мере инерционными эффектами. Разгон пара в зоне испарения создает дополнительный отрицательный градиент давления, а торможение пара в зоне конденсации — положительный градиент давления. При рассмотрении работы трубы в области низких давлений пара, когда мощность трубы близка к звуковому пределу и, соответственно, скорость пара близка к звуковой, необходимо учитывать сжимаемость пара. Если в зоне конденсации достигаются сверхзвуковые скорости, то возможно возникновение скачка уплотнения в этой зоне. Течение пара по длине трубы из-за переменности расхода может иметь зоны с ламинарным, переходным и турбулентным режимами. [c.41] Таким образом, гидродинамика пара в тепловых трубах по сравнению с обычно рассматриваемым течением в трубах с непроницаемыми стенками имеет ряд особенностей, которые необходимо в той или иной мере учитывать. Тепловые трубы — своеобразные массовые сопла. Если пренебречь эффектами фазового перехода в паровом потоке (а это иногда допустимо), то гидродинамическая картина в тепловых трубах аналогична той, которая имеет место при течении пара в трубах с пористыми стенками, когда осуществляется вдув или отсос массы газа через стенки. [c.41] Задача анализа гидродинамики пара в тепловых трубах — исследование распределения таких параметров потока пара по длине трубы, как давление, температура, скорость, которые необходимы для расчета максимальной мощности трубы или степени неизотермичности поверхности. [c.41] Результаты исследований, полученные в работах [10, И, 161, были использованы Коттером [17] при создании первой расчетной модели для тепловых труб. Расчетная модель Коттера для гидродинамики пара в тепловых трубах предполагала наличие перестройки профиля скорости на границе между зонами вдува и отсоса (испарения и конденсации). При этом допускалось, что перестройка происходит при незначительных потерях давления осевого потока. Такое предположение выполняется удовлетворительно в том случае, когда профиль скорости осевого потока мало отличается от профиля Пуазейля (т. е. при Rer С1). По мере роста числа Рейнольдса радиального потока (Rer 1 и более) начинают оказывать влияние инерционные эффекты и перестройка профиля скорости при переходе из одной зоны трубы в другую приводит к ощутимому вкладу в падение давления по длине трубы. В этом случае модель Коттера неточна. [c.43] Поправочный фактор Р учитывает инерционный эффект и изменение падения давления вследствие трения при отклонении профиля скорости от профиля течения Пуазейля и изменяется в пределах от 0,6 до 0,8, возрастая с увеличением Кбг. [c.47] Следует обратить внимание на то, что если минимум давления приходится на конец зоны конденсации, то полное падение давления пара на длине тепловой трубы определяется только потерями на трение, т. е. [c.47] Инерционные эффекты на испарительной и конденсаторной частях тепловой трубы взаимно исключают друг друга. [c.47] Учет влияния сжимаемости парового потока в уравнениях Навье — Стокса, представляющий значительную трудность, проводят численными методами с разработкой сложных программ и с большими затратами машинного времени. [c.48] Вернуться к основной статье