ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Заполнение капиллярной структуры жидкостью из "Физические основы тепловых труб " Как в экспериментах, так и при техническом использовании тепловых труб часто приходится сталкиваться с пуском их после осушения фитиля. От заполнения фитиля зависит как время восстановления работоспособности тепловых труб, так зачастую и характеристики теплопереноса. Осушение может иметь различные причины. [c.172] Когда устраняются причины, вызвавшие осушение, фитиль под действием сил поверхностного натяжения или массовык сил снова заполняется Эксперименты показывают, что во многих случаях восстановление работоспособности тепловых труб требует проведения определенных операций и значительного времени. Для низкотемпературных и особенно криогенных теп ловых труб вследствие малых значений капиллярных сил время заполнения может достигать от нескольких минут до нескольких часов. [c.172] Обратимся к соотношениям, которые позволяют оценить воемя заполнения фитиля для ряда случаев при наличии и отсутствии теплоподвода, при наличии и отсутствии перегрева стенки в осушенной части и при воздействии гравитации. [c.172] Уравнение (4.16) может быть использовано для анализа частных случаев задачи о заполнении. Приведем некоторые примеры. [c.174] На основе подобного подхода могут быть получены соотношения для других разнообразных случаев. [c.176] Восстановление работоспособности после осушения тепловых труб экспериментально исследовалось, например, в работе [6]. В опытах с тепловым осушением использовались трубы, имеющие гофрированную капиллярную структуру и заполненные фреоном-22. Длина тепловых труб 100 см, диаметр 12 мм, длина зон испарения и конденсации 10 см. Опыты проводились при температуре —100° С на двух тепловых трубах. Измеренный максимальный теплоперенос при наклоне против силы тяжести (горячий конец трубы выше холодного на 5 мм) для каждой из труб составлял 15 вт. При этом же наклоне на каждую из тепловых труб подавалась нагрузка 17 вт. С помощью поставленных в начале и конце зоны нагрева термопар фиксировалось время осушения этой зоны. После осушения теплоподвод снимался полностью или частично. В результате серии опытов было определено, что время осушения зоны нагрева (заглубления фронта жидкости в адиабатический участок) равно 3—5 мин. Время восстановления работоспособности тепловой трубы (соответствует времени заполнения зоны нагрева жидкостью и восстановлению изотермичности) равно при полностью снятой нагрузке 40 мин, при нагрузке 7,5 вт 80—90 мин. [c.176] Время восстановления работоспособности после гравитационного осушения определялось на двух тепловых трубах, заправленных аммиаком. Капиллярная структура выполнена из свернутой никелевой сетки. Длина трубы 100 см, длина зоны испарения и конденсации 10 см. После осушения в вертикальном положении трубы переводились в положение с горячим концом трубы выше холодного на 10 мм. При температуре 20° С и тепловой нагрузке 15 вт время восстановления работоспособности этих труб равнялось 3—5 мин. [c.176] Следует отметить, что экспериментальные тепловые трубы имели неоднородную капиллярную структуру. Механизм заполнения такой системы несколько отличен от механизма заполнения однородной структуры, поскольку в первом случае преимущественное движение жидкости происходит в участках повышенной проницаемости с одновременным заполнением участков с низкой проницаемостью. [c.176] Рассмотрим условия образования пузырей на пример тепловой трубы с составным фитилем кольцевого типа. Жидкость в гравитационном поле поднимается на полную высоту зазора в том случае, если капиллярный потенциал выше гравитационного т. е. [c.177] В зависимости от условий заполнения и характеристик фитиля размер парогазовых пузырей может быть различным. Очевидно, что радиус кривизны мениска пузыря рпуз лежит в интервале й/2 рпуз Сй-Меньший радиус кривизны соответствует условиям быстрого заполнения фитиля, когда фронт жидкости внутри экрана не успевает опережать фронт в зазоре фитиля. Пузырь в таком случае имеет сферическую форму. При медленном заполнении под экраном могут образоваться пузыри большой протяженности, радиус кривизны мениска которых близок к а (рис. 4.10). [c.178] При такой записи пренебрегаем зависимостью давления г ара от кривизны как несущественной из-за относительно большого размера пузырей и считаем, что (АТ кр/Т ) с1. Итак, если А7 - АГкр, то пузырь увеличивает свои размеры, при А7 А7 р пузырь уменьшается в размерах за счет конденсации. [c.179] Таким образом, наличие неконденсирующихся газов уменьшает критический перегрев при фиксированной кривизне фитиля. Анализ уравнения (4.27), проведенный для случая постоянства количества газа внутри пузыря, показывает, что одинаковому перегреву могут соответствовать два равновесных размера пузыря. При меньшей кривизне мениска состояние равновесия является метастабильным и легко переходит либо в устойчивое состояние и размер пузыря сохраняется, либо в неустойчивое — и пузырь начинает неограниченно расти. [c.179] Даже при полной конденсации п ра пузырь с неконденсирующимся газом не исчезает. Лишь при растворении газа в. жидкости может быть ликвидирован парогазовый пузырь. Процесс растворения лимитируется диффузией газа в жидкость, т. е. процессом, который, как известно, протекает очень медленно, поэтому время исчезновения парогазовых пузырей очень велико. [c.179] Перегрев жидкости в тепловых трубах обусловлен несколькими причинами. В неработающих трубах, т. е. не переносящих тепло, перегрев связан с растяжением жидкости гидростатическими силами. Условимся называть такой перегрев гидростатическим. В переносящих тепло трубах, кроме того, возникает перегрев, связанный с перепадом давления вследствие циркуляции теплоносителя назовем такой перегрев АГц циркуляционным. С переносом тепла теплопроводностью через фитиль в радиальном направлении связан перегрев АГрад, который условимся называть радиальным. Проанализируем каждый иа названных выше перепадов. Для удобства анализа используем безразмерный относительный перегрев и, отнеся имеющийся перегрев к критическому. Следовательно, пузырь при у 1 увеличивается в объеме, при v l уменьшается, при v=L сохраняет свои размеры. [c.179] Для низкотемпературных тепловых труб вследствие малого поверхностного натяжения коэффициенты заполняемости х, как правило, ненамного больше единицы (особенно, если учитывать локальные технологические отклонения от среднего размера зазора). При этих условиях значение Vг близко к единице, т. е. к критическому значению, при котором пузыри способны длительно сохраняться и нарушать работоспособность тепловой трубы. [c.180] Стремление увеличить теплоперенос приводит к тому, что и фитили высокотемпературных тепловых труб могут выполняться с зазорами, близкими к предельным по заполняемости, а следовательно, и в них гидростатические перегревы могут быть весьма близки к критическим даже для горизонтального положения. [c.180] Эффективный радиус пор экрана, как правило, в десятки раз меньще радиуса кривизны пузыря. Радиус кривизны пузыря имеет размер порядка половины зазора под экраном. Из соотношений (4.32) и (4.33) видно, что даже при мощности во много раз меньшей, чем максимальная, может достигаться критический перегрев в испарительной части тепловой трубы (у 1). [c.181] Из соотношения (4.34) видно, что радиальный перегрев уменьшается с уменьшением давления пара. Вследствие малой теплопроводности теплоносителей в низкотемпературных тепловых трубах даже при небольших плотностях тепловых потоков радиальные перегревы при давлениях пара порядка 1 бар и выше могут существенно превышать критические перегревы в зоне нагрева. Качественно картина изменения результирующего перегрева по длине тепловой трубы представлена на рис. 4.11. Для горизонтально расположенных или слабо наклоненных тепловых труб наибольшие перегревы характерны для испарительной зоны. В зоне конденсации радиальный недогрев способствует ликвидации находящихся там пузырей. [c.181] Вернуться к основной статье