ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Динамика пуска тепловых труб. Поля температур в пусковых режимах из "Физические основы тепловых труб " Для практического использования тепловых труб необходимо знать, при каких условиях труба может быть выведена на рабочий режим, знать явления, мешающие пуску, иметь данные о распределении температур вдоль трубы. Работа тепловой трубы в пусковом режиме зависит от конструкционных особенностей трубы, от способов обогрева и охлаждения, от графика изменения во времени подводимой мощности. Тепловые трубы, как правило, предназначены для изотермической работы при определенной температуре и передаваемой мощности. Способ пуска тепловой трубы, не представляющий каких-либо осложнений,— изотермический ее разогрев (охлаждение) до рабочей температуры и постепенное увеличение подводимой к тепловой трубе мощности до заданного значения. Однако часто такой способ пуска неудобен или даже невозможен. Как правило, одновременно с разогревом осуществляется и отвод тепла от зоны конденсации тепловой трубы. [c.160] При пуске тепловой трубы возникают вопросы, какова допустимая скорость подвода тепла, возможен ли пуск тепловой трубы при данном способе подвода тепла и законе отвода его, какова связь между подводимой и передаваемой мощностью в зависимости от температур в трубе. [c.160] Перед рассмотрением этих вопросов остановимся на основных понятиях, необходимых для понимания процесса пуска. [c.160] Разновидности пусковых режимов. Можно наблюдать три основных пусковых режима, различающихся формой изменения профилей температур по длине трубы. Они представлены на рис. 4.1. [c.160] Равномерный пуск (см., оис. 4.1, а) наблюдается в том случае, когда плотность пара высока при температуре окружающей среды. При подводе тепла сразу возникает достаточная циркуляция теплоносителя. Такой пуск обычно может осуществляться довольно быстро и без каких-либо осложнений. Примеры равномерного пуска — пуск аммиачных тепловых труб, когда подвод тепла начинается при комнатной температуре. [c.160] По мере нагрева плотность пара в горячей зоне возрастает и средний свободный пробег молекул становится малым по сравнению с диаметром парового канала. В горячей зоне пар течет уже как сплошная среда, в холодном же конце конденсатора наб- Т людается свободно-молекулярный режим течения. Между этими зонами существует переходная область. Существенным становится влияние сжимаемости, так как достигаются сверх- с звуковые скорости течения пара. [c.161] Возможна конденсация жидкости в виде капель внутри парового потока, Т поскольку пар образуется в условиях, близких к условиям насыщения, и за- J тем переохлаждается при быстром 2. расширении в сторону конденсацион- ной зоны. При таком пуске теплоноситель зачастую в начальный момент при температуре окружающей среды находится в твердом состоянии. Примером фронтального пуска может слу- 4 жить пуск натриевой тепловой трубы J с полностью удаленными из парового -канала некондеисирующимися газами. [c.161] При интенсивном теплоотводе всегда есть опасность выпарить тепло- О носитель из зоны нагрева, сконденсировать и заморозить его в зоне охлаждения, прервав этим замкнутую циркуляцию теплоносителя. При таком пуске возможны перегрев зоны теплоподвода и пережог трубы. [c.161] Описанные выше три пусковых режима представляют собой предельные случаи. Имеются, конечно, и различные промежуточные распределения температур при пуске, зависящие от плотности пара и количества неконденсирующихся газов перед пуском. [c.162] Измеренные распределения температур вдоль тепловой трубы, в общем случае п ска распределения температур подлине тепловой трубы в различные моменты времени определяются различными факторами, прежде всего такими, как уровень и скорость нарастания подводимой к трубе мощности, условия теплоотвода, теплофизические свойства теплоносителя. [c.162] Для многих технических задач интерес представляют квази-стационарные распределения температур по длине высокотемпературных тепловых труб в режиме пуска из состояния с замороженным теплоносителем при подводе тепла только в зоне испарения без экранирования зоны конденсации. [c.162] Авторы книги проводили экспериментальные исследования распределений температур по длине натриевой тепловой трубы при фронтальном режиме пуска с малым количеством неконденсирующихся газов в паровом канале трубы и без газов. Распределения температур, измеренные с помощью подвижной микротермопары, расположенной непосредственно в паровом канале, при медленном разогреве горизонтальной натриевой тепловой трубы представлены на рис. 4.2. Время разогрева составляло около 90 мин. Начиная с режима 8 поля температур измерялись при стационарной работе тепловой трубы с указанной переносимой мощностью. [c.162] В процессе пуска в трубе имели место различные режимы течения пара в зависимости от температуры свободно-молекулярный (от температуры плавления до 250°С), промежуточный (в пределах 250—400° С) и режим сплошного или вязкостного течения пара при температуре выше 400° С. Границы режимов течения парового потока обычно характеризуются значением числа Кнудсена (безразмерного параметра, определяемого как отношение среднего свободного пробега молекул Ь к характерному размеру канала). Для анализа течения пара в тепловой трубе за характерный размер можно принять диаметр парового канала й . Тогда границы перехода одного режима течения к другому определяются следующим образом- /о п 0,01 — вязкостное течение 1/о п 1,00 — молекулярное течение О,О К 1,00 — промежуточный режим течения. [c.162] Распределения температур в режимах 10—14 измерены при стационарной работе трубы с теплопереносом меньше звукового предела. Характер распределения температур пар па длине трубы различен. Степень изотермичности трубы растет по мере уменьшения отношения переносимой мощности к звуковому пределу. При относительно высоких значениях давления (режимы 12—14) пар в трубе практически изотермичен. [c.164] Отметим, что эффективная теплопроводость Лдф сильно зависит от состояния пара в тепловой трубе. При молекулярном течении тепло в основном передается теплопроводностью по стенке и капиллярной структуре, заполненной теплоносителем. При развитом течении пара тепло главным образом переносится паром. [c.165] Уравнение (4.1) указывает на два различных характеристических времени, определяющих переходный режим. Первое из них, тд = Ср/ь(Гп—T )/Q2, связано с подачей тепла, необходимого для подъема температуры до окончательного рабочего значения. Для типичных тепловых труб с достаточно высокими характеристиками это время колеблется в пределах от 10 до 100 сск. Второе характеристическое время т , = Ср/ /(Лдф/ ), связано с интенсивностью передачи тепла вдоль трубы. Это время сильно зависит от процесса, определяющего эффективную теплопроводность Лдф. При низкой температуре, когда плотность пара очень мала и средний свободный пробег велик по сравнению с диаметром трубы, тепло главным образом передается только теплопроводностью, характеристическое время этого процесса обычно выше 10 сек. Когда давление пара теп лоносителя достигает значения, превышающего 10 мм рт. ст., конвективный перенос скрытой теплоты парообразования становится сравнимым по значению с теплопроводностью. Как только давление пара достигает 1 мм рт. ст., в пределах температур от 100 до 200° С совершается переход к сплошному потоку пара. Эффективная теплопроводность Лэф увеличивается во много раз, и характеристическое время тя обычно становится меньше 1 сек. [c.165] При мощности Qh, заданной в виде определенной функции времени, уравнения (4.2) и (4.3) содержат три зависящие от времени переменные Q, Г и /. Требуемое дополнительное соотношение получается из газодинамического рассмотрения. [c.166] Как только I станет равным /к, система начнет следовать линейному соотношению (4.5), т. е. соответствовать линии РС. [c.167] Для быстрого пуска можно показать, что горячая зона достигнет конца конденсатора в некоторой точке интервала ОН. Точка О лежит на пересечении звукового предела и линии уравнения (4.6), ОС — отрезок этой линии. В точке Я имеем Озв = Ог- Система затем перейдет к отрезку 01 и продолжит движение к точке С вдоль линии ОС. Таким образом, начиная с молекулярного режима течения, область возможных программ пуска состоит из кривой ВЕР и неправильного многоугольника Р0Н1СР. [c.167] На рис. 4.4 качественно представлено изменение мощности, переносимой тепловой трубой во времени в соответствии с зависимостью (4.9). [c.168] Вернуться к основной статье