ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы В тысячу раз теплопроводней серебра из "Машины ХХ века Идеи, конструкции, перспективы " Недавно в одной научной лаборатории инженерам продемонстрировали такой опыт. Длинный изогнутый стержень сунули одним концом в пламя электрической дуги, другим — в бак с холодной водой. Стержень мгновенно сделался малиново-красным, а вода закипела. Зрители повскакали с мест. Такого еще никто никогда не видел. Это представлялось невероятным. Казалось, по тонкой металлической кочерге в воду устремился тепловой Гольфстрим. Да если бы стержень был сделан из рекордсменов теплопроводности — из меди или из серебра,— и то тепловой поток был бы в тысячу раз меньше. [c.18] С проблемой подвода и отвода тепла инженеры встречаются на каждом шагу. Работает атомная электростанция — значит, в ядерном реакторе выделяется огромное количество тепловой энергии, которое надо как можно быстрей вывести наружу для превращения в электричество. Крутится электромотор, пыхтит двигатель внутреннего сгорания, горит радиолампа, ракета врезается в атмосферу — здесь мы уже имеем дело с вредным нагревом, когда от тепла надо побыстрее избавиться. Неудивительно, что теплотехники на протяжении многих десятилетий ломают головы, пытаясь ускорить движение медлительных тепловых потоков. Но несокрушимым препятствием на этом пути всегда была исключительно низкая теплопроводность природных материалов. Возьмем, например, медь. Чтобы пропускать по медному стержню диаметром 2—3 сантиметра и длиной менее полуметра всего 10 киловатт тепловой энергии, нужен огромный термический напор . Один конец стержня пришлось бы раскалить втрое горячее поверхности Солнца, фактически превратить в пар, тогда как другой должен был бы сохранять комнатную температуру. А ведь медь считается одним из лучших проводников тепла. Что касается тепловой трубки , то при тех же размерах она пропустит такую энергию почти без сопротивления, и разность температур между ее концами практически не удастся даже измерить. Аналогичную теплопроводность могла бы иметь только медная глыба диаметром в три метра и весом 40 тонн. [c.19] Помимо фантастической теплопроводности, она обладает еще несколькими замечательными свойствами. Используя их, можно концентрировать тепловые потоки, изменять и поддерживать на одном уровне нужную температуру агрегатов и технологических процессов с такой же легкостью, с какой электронщики уже давно манипулируют токами и напряжениями в своих схемах, с какой механики научились недавно управлять силами, энергиями, деформациями и другими деталями удара. Недаром инженеры прозвали тепловую трубку температурным трансформатором , тепловым транзистором . Калории и градусы становятся столь же гибкими в обращении, как вольты, амперы и килограммы. [c.20] В зарубежной печати приводятся интересные примеры использования тепловых трансформаторов. Радиоактивные изотопы считались раньше неприменимыми для космических аппаратов из-за низкой плотности теплового излучения. Теперь на мысе Кеннеди их считают весьма перспективными источниками энергии, ибо сконцентрировать тепловую энергию стало просто. [c.22] Аналогичная задача часто возникает и в земных условиях. Например, на анодах радиопередающих ламп тепло выделяется столь интенсивно, что его не удается отвести простым обдувом. Приходится ставить шумные и очень мощные высоконапорные вентиляторы. Тепловая же трубка легко отводит тепло, трансформирует его плотность в нужных пределах, а попросту говоря, размазывает по большой площади, откуда его легко слизывают обычные вентиляторы. [c.22] Если трубку и капиллярные каналы сделать из неэлектропроводного вещества и подобрать еще соответственную рабочую жидкость, мы получим материал, уникально сочетающий высокую теплопроводность с изоляционными свойствами, и сможем решать без особых затруднений сложнейшие инженерные задачи — охлаждать мощные электромоторы, генераторы, высоковольтные установки. [c.23] Тепловые трубки еще не вышли из стен лабораторий. Но опыты уже подтвердили, что они с равным успехом работают и при температуре замерзания воды, и при температуре плавления стали. Они пропускают тепловые потоки мощностью в десятки киловатт, а рабочими жидкостями им отлично служат самые разнообразные вещества вода, метанол, ацетон, некоторые расплавленные металлы — цезий, калий, натрий, свинец, висмут,— неорганические соли и т. д. [c.23] Простота, надежность, непревзойденная компактность и легкость, безграничная долговечность, идеальная саморегуляция обеспечат тепловым трубкам широкое распространение во всех областях техники — в установках прямого преобразования энергии, на космических кораблях, в медицине, химии, электротехнике и даже в быту инженеры конструируют облегченные автомобильные двигатели с капиллярным охлаждением, духовки для кухонных плит, системы центрального отопления квартир, дающие абсолютно ровную температуру во всех помещениях независимо от этажа, и многое другое. [c.23] Сейчас уже выданы первые патенты на конструкции тепловых трубок. Естественно, что их изобретатели — представители самых передовых областей техники — авиации, космонавтики, атомной энергетики. [c.23] Единственный двигатель , заставляющий жидкость в тепловой трубке двигаться по капиллярам,— это поверхностное натяжение, силы притяжения между молекулами жидкости. Так что трубка не нуждается ни в каких посторонних источниках энергии. Это, конечно, удобно. Но если энергия все же есть рядом, почему бы не воспользоваться ею Так, видимо, рассуждал инженер Ральф М. Зингер, получивший в октябре 1967 года американский патент 3344853 на еще один вариант тепловой трубки. Он покрыл поверхность трубки электроизоляцией, а внутрь налил электропроводную жидкость. Затем поместил трубку в сильное магнитное поле. В жидкости сразу возник ток и появились силы, ускорившие ее циркуляцию вдоль стенок. Изобретатель утверждает, что магнитное поле может почти в три раза увеличить теплопроводность тепловой трубки и при этом отпадет нужда в пористой набивке. А главное, мы получаем новый и удобный способ регулирования тепловых процессов. Для их ускорения или замедления достаточно менять напряженность магнитного поля. [c.24] Бельгийские исследователи пошли по другому пути. Остроумным приемом они упростили конструкцию тепловой трубки до предела. Их трубка — патент 3402764, выданный в сентябре 1968 года — не нуждается ни в магнитном поле, ни в пористой набивке, потому что капилляры — тонкие продольные прорези, пазы — сделаны прямо на ее внутренней поверхности. Такая трубка не боится ни вибраций, ни перегрузки. В ней нечему лопаться или портиться. [c.24] Тепловые трубки делают пока свои первые шаги. Но опыты их применения уже производятся в самых разных отраслях техники — всюду, где приходится иметь дело с теплом. [c.24] Любое сооружение, любой элемент его подвергается нагрузкам, и важно, чтобы деформации от них не приводили к пагубным последствиям. [c.25] Проектировщики определяют, насколько велик должен быть коэффициент запаса, чтобы, обеспечивая прочность здания, машины, агрегата, не слишком перерасходовать материал, не слишком утяжелить и увеличить конструкцию. Однако ни один из разработанных методов не показывает точно, когда, где, как и в каком порядке возникает пластическая деформация в подвергаемом нагрузке элементе. [c.25] Ранее практиковавшиеся испытания основывались на изменении степени кристаллизации металла, подвергаемого нагрузке. Метод этот настолько труден, что применяется теперь только для демонстрации некоторых теоретических гипотез. Румынские ученые предложили использовать для изучения пластических деформаций именно пластические материалы. Исследователи обратили внимание на то, что некоторые пластмассы приобретают на сгибе более светлый оттенок. Но это было не то, что им требовалось, ибо изменение окраски указывало лишь на зоны растяжения, но не позволяло судить о степени деформации. [c.25] Хромопласт — материал кофейного цвета, будучи подвержен нагрузке, заметно меняет свои оттенки. В зонах растяжения он становится почти белым, а в зонах сжатия цвет его сгущается почти до черного. [c.25] Таким образом, мйжйо Наглядно следить за зонами появления пластических деформаций, порядком их появления и, конечно, нагрузкой, которой они соответствуют на каждом этапе. Хромопласт к тому же недорог. [c.26] Практически испытания проводятся довольно просто. Изготовляется модель строительного элемента, уменьшенная, скажем, в 50 раз. Сила воздействия на модель тоже сокращается, но в соответствии с правилами подобия, т. е. в квадрате —в 2500 раз. [c.26] Новый оригинальный метод может легко использоваться в любом проектном институте при проектировании жилищно-общественных и промышленных сооружений. в судостроении, самолетостроении, машиностроении и т. д. [c.26] Вернуться к основной статье