ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Тепло- и массообмен из "Физические основы тепловых труб " Расчетные соотношения. Высокая изотермичность тепловых труб возможна лишь при дозвуковых режимах течения пара, которые, как правило, наблюдаются при относительно высоких давлениях (от десятых долей атмосферы и выше) даже при интенсивном теплопереносе. В этой области давлений возможны капиллярные ограничения мош.ности, так же как и ограничения, обусловленные уносом жидкости из фитиля в паровой поток или достижением критических удельных тепловых потоков в зоне испарения. Все эти ограничения связаны с воа-можностью осушения фитиля в зоне нагрева и, в случае не-прекращающегося теплоподвода, с вероятностью пережога стенки трубы. [c.92] Распределение давлений, представленное на рис. 2.24, б. имеет место при пониженном давлении пара, когда инерционный эффект уже начинает сказываться. Однако падение давления из-за трения в паре и жидкости еще превышает эффект восстановления давления в зоне конденсации. Мокрая точка, как и в лервом случае, находится в конце зоны конденсацап, и при расчете потерь давления в паре и жидкости следует учитывать только трение в паре и жидкости. [c.94] На рис. 2.24, в показано распределение давлений, когда инерционный эффект в зоне конденсации превышает суммарное падение давления вследствие трения в паре и жидкости. Давление пара по ходу парового потока в зоне конденсации возрастает. Расчетное давление в жидкости для зоны конденсации может оказаться выше давления в паре. Существование выпуклого мениска для смачивающей жидкости физически возможно. Поэтому часть жидкости вытекает из пор фитиля, образуя пленку на его поверхности. Жидкая пленка взаимодействует с потоком пара, и возможен унос ее в паровой поток. Из-за рециркуляции жидкости происходит увеличение потерь давления как для жидкости в фитиле, так и в паровой фазе. Давление в паре и в жидкости становится примерно равным, и црофили давления в паре и жидкости по длине части или всей зоны конденсации совпадают. Мокрая точка смещается к началу зоны конденсации. Такой профиль давлений характерен для труб, работающих при низких давлениях пара, лри малом гидравлическом сопротивлении течения жидкости в фитиле, а также при относительно короткой длине трубы и интенсивном теплопереносе. При расчете потерь давления для этого случая распределения необходимо учитывать только потери на длине зоны испарения и адиабатической, т. е. следует полностью учитывать инерционный эффект в паре. Изменение давления за мокрой точкой по ходу потока не влияет на работу тепловой трубы и поэтому в расчетах не учитывается. [c.94] Из рассмотрения гидродинамики парового потока следует, что расчет падения давления в паре с учетом всех факторов,-имеющих место в паровом потоке, представляет весьма сложную проблему. Он требует применения численных методов расчета профиля давлений в паре, что весьма усложняет определение составляющих потерь давления. Аналитические зависимости для расчета перепада давления в паре получены лишь для несжимаемого потока в условиях вдува и отсоса. [c.95] Падение давления в жидкости существенно зависит от геометрии капиллярной структуры, от эквивалентных гидравлических диаметров капиллярных каналов. Наибольшую трудность для расчета распределения давления в жидкости пред- ставляют фитили из нескольких слоев сетки, спеченные пористые структуры и открытые канавки. Сетчатые и спеченные пористые фитили имеют сложную структуру, гидравлический диаметр зависит от ряда трудно контролируемых параметров. Для определения падения давления в жидкости в подобного рода фитилях, как правило, используют экспериментальные данные по проницаемости жидкости в них. [c.95] Формулы расчета перепада давления в жидкости для некоторых капиллярных структур приведены в Приложении 1. [c.96] В тепловых трубах могут иметь место различные режимы течения пара ламинарный, переходный и турбулентный. Формулы для расчета падения давления пара при разных режимах течения пара различны. В программе расчета капиллярных ограничений мощности тепловых труб вклад трения рассчитывался приближенно — в предположении, что коэффициент трения — функция числа Рейнольдса только осевого потока. [c.96] Введение эффективной длины трубы обусловлено тем, что при расчете потерь давления, обусловленных трением, необходимо учитывать длину трубы только между сухой и мокрой точками. Эффективная длина трубы зависит и от закона изменения скорости пара по длине каждой зоны, т. е. в конечном итоге зависит от закона подвода или отвода тепла. Эффективная длина трубы определяется из соотношения (2.11). [c.97] При испарении теплоносителя возникает сила, направленная в сторону углубления мениска и обусловливающая перепад давления при фазовом переходе. Для ее расчета использовали соотношение (3.7), приведенное ниже. [c.97] При расчете максимальной мощности тепловой трубы в одном варианте ввода исходной информации можно задавать массивы от одного до двенадцати значений теплофизических параметров и один-два варианта геометрических параметров. Время расчета одного варианта геометрии тепловой трубы для двенадцати значений теплофизических параметров колеблется от 2 до 7 мин на мащине типа М-220. Если по истечении 7 мин итерационный процесс расчета не заканчивается, то в соответствии с предусмотренным управлением программа автоматически прекращает расчет этого варианта и на печать выводятся нулевые значения определяемых величин. Это означает, что Qж i определено с больщой погрешностью в сторону завышения или занижения. Необходимо задать в исходных параметрах новое значение корректирующего множителя, входящего в формулу для определения Qv x, и повторить расчет. Для тепловых труб с зазором для протока жидкости в пределах 6—10% диаметра парового канала значение корректирующего множителя можно задавать близким к единице. В случае проведения вариантных расчетов для определения оптимального соотношения между зазором и диаметром трубы корректирующий множитель следует задавать на несколько порядков меньше единицы. Хотя в программе использованы формулы для расчета круглых цилиндрических тепловых труб с составным фитилем кольцевого типа, можно проводить оценочные расчеты и для труб с другими типами фитилей и различающейся геометрией парового канала. Для этого в исходной информации в программу необходимо задавать эквивалентные значения диаметра парового канала и эквивалентные геометрические размеры фитиля. Формулы для пересчета геометрических параметров различных типов капиллярных структур применительно к составному фитилю приведены в Приложении 1. [c.99] Результаты измерений максимальной мощности натриевой тепловой трубы, как следует из сравнения с рассчитанными величинами мощности, представленными на рис. 2.25, в целом хорошо согласуются в режиме как составного, так и простого фитиля. Измеренные капиллярные ограничения мощности трубы в области температур, примыкающей к, границе перехода н звуковому пределу, расположены чуть ниже расчетных значений. Занижение экспериментальных данных в этой области давлений может быть связано с неучетом сжимаемости потока пара при расчете перепадов давления по паровому тракту. Использование модели несжимаемого потока должно приводить к некоторому завышению максимальной мощности в этой области температур. [c.102] Измерения максимальной мощности натриевой тепловой трубы показали, что если теплоноситель по всей длине трубы находится в расплавленном состоянии, то осушение фитиля в испарительной части трубы при увеличении теплоотвода происходит при температурах пара ]в начале трубы 550° С и выше. При температурах ниже 550°С труба работает на звуковом пределе переносимой мощности без осушения. [c.103] Таким образом, эксперименты подтверждают возможность использования разработанной программы для расчета капиллярных ограничений максимальной мощности тепловых труб. Неучет сжимаемости пара приводит к некоторому завышению мощности трубы при Qкs JQзв 0,7. [c.104] В/1ияние эффективного диаметра поры экрана составного фитиля. На максимальную мощность тепловых труб среди таких геометрических параметров, как эффективный диаметр поры экрана составного фитиля, диаметр парового канала, зазор для протока жидкости, эффективная длина трубы, наибольшее влияние оказывает размер пор экрана составного фитиля. [c.106] Зависимость от диаметра парового канала. В расчетные соотношения потерь давления по пару диаметр парового канала входит в различной степени в зависимости от режима течения. Для примера на рис. 2.34 представлены результаты расчетов для тепловых труб указанных выше размеров с зазором для протока жидкости 0,5 мм и диаметром пор экрана составного фитиля 0,2 мм. Для малых диаметров парового канала (менее 10 мм) основные потери движущего перепада давления в фитиле обусловлены трением и инерционным эффектом в паре. С ростом диаметра парового канала потери на трение в паре уменьшаются, и в конечном итоге при оптимальном соотношении зазора для протока жидкости и диаметра парового канала основные потери давления обусловливаются инерционным эффектом. Удельный осевой поток тепла практически мало зависит от диаметра парового канала при размере его больше 30 мм. [c.108] Ограничения максимальной кощности тепловых труб в области звукового предела. В экспериментах с натриевыми тепловыми трубами авторы обнаружили, что осушение фитиля вследствие капиллярных ограничений может наступать и при работе тепловой трубы на звуковом пределе мощности, т. е. капиллярные ограничения могут распространяться на часть области звукового предела [44]. [c.109] Осушение фитиля тепловой трубы было получено путем постепенного увеличения температуры трубы при обогреве конденсирующимся паром с одновременным интенсивным охлаждением зоны конденсации. [c.109] Если производить пуск тепловой трубы с интенсивным теплоотводом, то мощность трубы при повышении температуры будет расти в соответствии со значением звукового предела. При достижении температуры Т (соответственно давления пара Р о в начале трубы) произойдет осушение фитиля. Давление пара в начале трубы при этом будет равно капиллярному движущему перепаду давления. [c.112] Уравнение (2.136) отражает линейную зависимость действительного коэффициента трения потока жидкости от касательного напряжения на свободной поверхности жидкости. Выраже. ние (2.137) без значительных погрешностей можно использовать при условии 1/ф 2. [c.115] Вернуться к основной статье