Жидкометаллическая тепловая труба

Рабочие температуры и значения переносимой мощности жидкометаллических тепловых труб обычно более высокие, чем у [c.180]

При запуске, а также в процессе нормальной эксплуатации определенных типов высокотемпературных жидкометаллических тепловых труб скорость пара может достигнуть скорости звука. В этом случае при анализе процессов следует учитывать эффекты, связанные со сжимаемостью потока. Возможность достижения скорости звука является одним из ограничений максимальной передающей способности тепловой трубы. Другие ограничения связаны при низких температурах — с действием вязкостных сил, а при повыщенных температурах— со срывом капель рабочей жидкости с поверхности фитиля под действием парового потока, в других случаях — с недостаточным капиллярным напором и кризисом теплоотдачи в испарительной зоне (запариванием фитиля). [c.23]

Фитили подобной конструкции особенно пригодны для жидкометаллических тепловых труб. [c.35]

Первичные данные по характеристикам натриевых жидкометаллических тепловых труб [c.45]

В настоящее время жидкометаллические тепловые трубы, обладающие очень хорошими характеристиками и большим ресурсом, могут создаваться достаточно уверенно, однако они дороги. Следовательно, прежде чем начинать проектирование жидкометаллической тепловой [c.139]

Рис. 4-13. Метод герметизации жидкометаллических тепловых труб с помощью пробки.

Особо высокотемпературные (температура более 1200°С) жидкометаллические тепловые трубы. Вблизи нижней границы данного температурного диапазона предпочтительной рабочей жидкостью является литий, а в качестве материала стенки может служить сплав ниобий-цирконий или тантал. При более высоких температурах рабочей жидкостью может быть серебро с корпусом из вольфрама или рения. Данные по совместимости этих веществ и по результатам ресурсных испытаний тепловых труб, выполненных из этих материалов, приведены в гл. 3. Подобного рода тугоплавкие материалы обладают высокой степенью сродства к кислороду, поэтому они должны работать в вакууме или в атмосфере инертного газа. [c.144]

Для осуществления рабочего процесса тепловой трубы необходимо, чтобы ее фитиль оставался все время насыщенным жидкой фазой теплоносителя. К настоящему времени сконструированы трубы с различными теплоносителями от криогенных жидкостей До жидких металлов. По этому признаку тепловые трубы можно подразделить на криогенные, трубы для умеренных температур и жидкометаллические. Границей между криогенными и трубами для умеренных температур является 122 К, а между трубами для умеренных температур и жидкометаллическими температура 628 К. Эти границы логически обоснованы, так как 1) нормальные точки кипения так называемых постоянных газов таких, как водород, неон, азот, кислород и метан, лежат ниже 122 К, 2) точки кипения таких металлов, как ртуть, цезий, натрий, литий и серебро, лежат выше 628 К, 3) обычно все применяемые хладагенты и жидкости такие, как хладон, метанол, аммиак, вода, кипят при нормальном атмосферном давлении при температурах между 122 и 628 К- Кроме того, из наблюдений было установлено, что для большинства рабочих тел свойства, оказывающие наибольшее влияние на эффективность тепловой трубы, особенно благоприятны в окрестностях нормальных точек кипения жидкостей. Нормальные точки кипения некоторых жидкостей и целесообразные интервалы температур упомянутых классов тепловых труб указаны на термометре с логарифмической шкалой, изображенном на рис. 1.3. [c.17]

Рис. 1.11. Тепловые трубы с жидкометаллическим теплоносителем для термоионных преоб -разователей с высокой плотностью теплового потока

При соответствующей модификации показанной на рис. 8.5 аппаратуры могут быть проведены аналогичные испытания криогенных и жидкометаллических труб. Например, для испытания криогенных труб тепло может подводиться с помощью такого же электронагревателя. Однако для обеспечения низкой температуры теплового стока вместо воды следует использовать жидкий газ, например жидкий азот. Рабочую температуру трубы при различных значениях теплового потока можно регулировать путем изменения скорости циркуляции жидкого газа, или, проще, путем изменения давления пара над жидким газом, в который погружен конденсатор тепловой трубы. Используя такое устройство, подобным же образом можно определить предел переносимой мощности и температурные характеристики для криогенных труб. [c.180]

Сжимаемое течение. До сих пор мы пренебрегали влиянием сжимаемости пара на работу тепловой трубы. Сжимаемость может играть существенную роль при запуске трубы, а также в высокотемпературных жидкометаллических трубах. Этот вопрос будет рассмотрен в настоящем параграфе. [c.45]

Несколько новым ограничением, которое совершенно не учитывалось выше, является предельно допустимая величина скорости движения -пара в паровом канале тепловой трубы, так называемый звуковой предел. При увеличении подводимого теплового потока и росте интенсивности теплопередачи все более возрастает скорость движения пара. При достижении скорости, равной скорости звука, может произойти закупорка течения на выходе из зоны испарения. Это явление мол<ет быть особенно существенным в момент запуска тепловой трубы. Для паров жидкометаллических теплоносителей предельное значение звукового теплового потока может быть оценено Л. 11] из соотношения [c.64]

Тепловые трубы вводят в обращение много новых металлов, помимо теплоносителей, в какой-то мере уже освоенных техникой натрий, калий, литий, ртуть. Но элемент новизны есть и в работе с перечисленными жидкими металлами, так как рабочие температуры тепловых труб значительно выше ранее освоенного интервала. Соответственно требуется применение новых, более жаропрочных конструкционных материалов, поведение которых в системах с жидкометаллическими теплоносителями еще не изучено. [c.15]

Считают, что в диаграмме состояния для интерметаллидов адсорбционная хрупкость отсутствует [9]. Однако такой стороной рассмотрения вопроса нельзя ограничиваться при выборе работоспособных пар. Пары, образующие интерметаллиды, могут оказаться нежелательными с точки зрения жидкометаллической коррозии. Образование и рост слоев интерметаллидов на конструкционных металлах приведет к изменению проходных сечений капилляров и пор тепловой трубы, размеры которых и без того невелики. Из опыта работы с жидкими металлами видно, что за время меньше 1000 ч вполне возможно сужение сечения на 10— 30 мкм с каждой стороны, что означает уменьшение ширины канала на 20—60 мкм. Это явление может изменить характеристик тепловой трубы. [c.16]

Заполнение капилляров в зоне испарения перенесенными массами — одна из причин выхода из строя тепловой трубы или нарушения режима ее работы. Кристаллизация перенесенных масс является звеном в цепи растворение, транспортировка растворенного вещества потоком жидкого металла, пересыщение жидкометаллического раствора (повышение концентрации растворенного металла выше С), кристаллизация. Концентрация растворенного металла в теплоносителе определяет скорость накопления вещества, выкристаллизовавшегося в зоне испарения и заполнившего поры капиллярной структуры. При этом, если неметаллические примеси в жидком металле и не дают побочных коррозионных эффектов, то, как правило, повышают концентрацию насыщения растворяемого металла. [c.16]

Скорость образования ядер в значительной мере определяется степенью пересыщения пара, т. е. Р/Роо. Формула (2.84) и многие, аналогичные ей, получены в предположении стационарности процесса зародышеобразования без учета состояния среды — равновесности ее или неравновесности. В тепловых трубах при работе на звуковом пределе мощности, в особенности в зоне конденсации при сверхзвуковом течении пара, имеют место большие отрицательные осевые градиенты температуры. В зтих условиях вследствие быстрого роста переохлаждения пара по ходу потока количество центров конденсации резко возрастает и может иметь место объемная конденсация. Для жидкометаллических теплоносителей с большой относительной молекулярной массой (ртуть, свинец и др.) воз- [c.68]

Экспериментально звуковой предел мощности исследовался на тепловых трубах с жидкометаллическими теплоносителями 44, 56, 57]. Для одноатомных паров металлов к = 5/3, и тогда звуковой предел удельной мощности тепловых труб с металлическим теплоносителем может быть представлен соотношением [c.72]

Значения коэффициента испарения (конденсации) для чистых веществ меняются в широких пределах. В рассматриваемом случае использования жидкостей в тепловых трубах кинетические эффекты испарения и конденсации могут представлять интерес лишь для жидкометаллических теплоносителей. Многочисленными опытами различных авторов по испарению и опытами авторов книги по конденсации лития, натрия, калия и ртути [9] показано, что для чистой поверхности жидкого металла коэффициент испарения (конденсации) близок к единице. [c.125]

Применение систем тепловых труб с процессами испарения и конденсации теплоносителя является весьма эффективным способом передачи теплоты. Фактически температуры подвода и отвода теплоносителя в этом случае одинаковы, а тепловые потоки могут быть величинами более высоких порядков, чем при обычном процессе передачи теплоты теплопроводностью. Другое важное преимущество такой системы в случае ее использования для двигателя Стирлинга состоит в том, что конденсирующиеся на трубках нагревателя и головке цилиндра двигателя пары жидкометаллического теплоносителя обеспечивают постоянную температуру. При этом не возникает локальных точек перегрева, которые практически неизбежны в системах с непосредственным нагревом рабочего тела продуктами сгорания топлива. В результате средняя температура нагревателя может повышаться до величины, ограниченной допустимым пределом материала трубок нагревателя. Это повышение обычно составляет примерно 75 °С при соответствующем увеличении мощности и КПД двигателя. [c.309]

Тепловая труба — устройство непрямого способа нагрева рабочего тела, позволяющее передавать большие тепловые потоки при малых перепадах температуры, в зоне нагрева теплоноситель (обычно жидкометаллический натрий) испаряется и поглощает теплоту в зоне охлаждения теплоноситель конденсируется с отдачей теплоты. С помощью тепловой трубы можно осуществить передачу теплоты большой тепловой плотности. Отсутствие зон перегрева улучшает условия работы нагревателя и способствует повышению мощности и КПД двигателя. [c.380]

Это ограничивает применение локального теплового моделирования в очень тесных пакетах труб и в жидкометаллических теплоносителях. [c.49]

Рис. 1.3. Термометр с логарифмической шкалой, на котором анесень нормальные точки кипении теплоносителей для криогенных, сре етем-пературных и жидкометаллических. тепловых труб

Другой распространенной конструкцией фитиля является фитиль с осевыми канавками, показанный на рис. 1.4, в. Фитиль такой конструкции был успешно использован в тепловых трубах для криогенных, среднетемпературных и в жидкометаллических тепловых трубах. В этом случае металлические ребра с высокой теплопроводностью обеспечивают Лизкое термическое сопротивление в поперечном сечении фитиля. Однако разработанные к настоящему времени методы изготовления не позволяют в полной мере [c.20]

В настоящее время теория тепловой трубы разработана, глав-ны.м образом, Коттером [1-14], также сотрудником Лос-Аламосской лаборатории. Исследования в лабораториях Соединенных штатов и в Испре велись настолько активно, что в своем критическом обзоре теории и приложения тепловых труб в 1968 г. Чунг смог процитировать более 80 статей по всем аспектам работ над тепловыми трубами. Ему удалось показать высокую надежность жидкометаллических тепловых труб при длительной работе (9000 ч) при повышенных температурах (1500°С). Были сконструированы тепловые трубы, способные передавать осевые тепловые потоки до 7 кВт/см , и планировалось более чем вдвое увеличить этот параметр. Были получены радиальные тепловые потоки до 400 Вт/см . [c.18]

Жидкометаллические тепловые трубы. Ранние работы по тепловым трубам были связаны с их применением в термоионных генераторах они описываются в гл. 7. Применительно к этой сфере приложений имеются два представляющих интерес температурных интервала область рабочих температур эмиттера 1400—2000°С и рабочих температур коллектора 500—900°С. В обоих температурных диапазонах в качестве рабочей жидкости требуется применять жидкий металл. В настоящее время имеется значительный объем информации по технологии изготовления и характеристикам таких тепловых труб. Позднее тепловые трубы, работающие в более низком температурном диапазоне, были использованы для подвода теплоты от источника к батарее цилиндров в двигателе Стирлинга и в промышленных печах. Было установлено, что в этом диапазоне температур может быть использован широкий набор сочетаний материалов, была исследована их совместимость и детально проанализирован ряд других проблем. Щелочные металлы используются в сочетании с такими конструкционными материалами, как нержавеющая сталь, никель, ниобийцир-кониевые сплавы и другие тугоплавкие материалы. В работе [4-4] приводятся данные о более чем 20 ООО ч ресурсе таких труб. Гровер [4-5] описывает тепловую трубу малой массы, изготовленную из бериллия с калием в качестве рабочей жидкости. Бериллий вставлялся между фитилем и стенкой трубы, оба указанных элемента были выполнены из сплава ниобийцирконий (1% 2г). Данная труба работала при 750°С в течение 1200 ч без каких-либо признаков коррозии, образования сплавов или переноса массы. [c.139]

Очистка с помощью геттеров. Окислы представляют большую опасность для жидкометаллических тепловых труб, поскольку они будут откладываться в зоне испарения. Растворенный кислород особо опасен для литиевых тепловых труб, так как он обусловливает коррозию материала корпуса трубы. Кислород может появиться как в результате недостаточной очистки рабочей жидкости тепловой трубы, так и выделиться из материала корпуса и фитиля. Ряд авторов описывают опыт применения геттеров. Например, Буссе [4-9] использовал циркониевую губку, через которую он проводил подачу лития в тепловую трубу. В качестве геттера может также использоваться кальций. [c.144]

В СССР разрабатывается тепловой реактор типа Топаз с топливом — обогащенной двуокисью урана [115J. В качестве теплоносителя в нем предполагается использовать жидкие щелочные металлы (Na, К или Li). Для циркуляции таких теплоносителей наиболее пригодны трубы из молибдена и сплавов на его основе. Это связано прежде всего с высокой рабочей температурой. Если для изготовления труб для циркуляции жидкометаллического теплоносителя с рабочей температурой 600— 800° С применяют никель или хастеллой, то для более высоких температур трубы изготовляют из молибдена и сплава ВМ-1 или TZM. Ресурсные испытания тепловых труб из сплава TZM с литиевым теплоносителем при 1500°С показали ресурс около 10000 ч, после чего тепловая труба вышла из строя из-за разрушения в месте сварки [60], Благодаря достигнутым успехам в технологии получения и обработки молибденовых труб, значительно усовершенствованы разработки автономных энергетиче- [c.24]

Чтобы повысить эффективность работы трубчатых анодов ядерных ТЭП из ноликристаллического молибдена, на их внутреннюю поверхность наносят молибденовые покрытия с преимущественной текстурой ПО , обладающей максимальной работой выхода электронов (по сравнению с поликристалличе- ским материалом без текстуры). Для повышения коррозионной стойкости в натриевом и свинцово-висмутовом жидкометаллических теплоносителях стальные оболочки твэлов и тепловые трубы активной зоны реакторов на быстрых нейтронах также покрывают молибденом. Молибденовые покрытия наносят на ампулы изотопных генераторов и других деталей ядерных установок небольшой мощности. [c.105]

Наиболее существенными различиями между этими тремя классами тепловых труб кроме наиболее целесообразных для каждого класса температурных интервалов являются значения их максимальной переносимой мощности (максимального теплового потока) и температурные напоры при одинаковом значении теплового потока в тепловых трубах одинаковых размеров и формы. Типичная тепловая труба для умеренных температур (например, с аммиаком в качестве теплоносителя) может передать тепла на порядок величины больше, чем такая же криогенная труба (например, на азоте) при работе обеих труб в наиболее благоприятных для них условиях. Максимальная переносимая мощность жидкометаллической трубы (например, на натрии) может быть на три порядка величины днтр, ирм у януогичйой криогенной Тру- [c.17]

На рис. 2-10, заимствованном из работы Буссе [2-6], представлена зависимость Кг от мощности тепловой трубы на единицу длины для различных жидкометаллических рабочих жидкостей. [c.36]

Жидкометаллическ и е тепловые трубы для диапазона температур 500—1100°С. Для этого диапазона температур наиболее подходящими рабочими жидкостями являются калий и натрий, а в качестве материала корпуса выбирается нержавеющая сталь. [c.140]

Опыт создания жидкометаллических труб описывается также в работах других авторов. Винцем с соавторами [4-7] описан интересный способ создания жестких тонкостенных тепловых труб с фитилями. В предыдущих работах, в которых использовались сетчатые фитили,соединение фитиля с корпусом осуществлялось точечной сваркой, вдавливанием в стенку при протяжке пуансона, а также вдавливанием с последующим спеканием. Первый способ не обеспечивает равномерного соединения фитиля со стенкой методы, связанные с протяжкой, не могут быть применены для очень тонких сеток (тоньше 200—400 меш) из-за их повреждения в процессе протяжки. Метод Винца состоит в спиральной навивке проволочной ленты на оправку и спекании ее после установки в корпус ввинчиванием , т. е. протяжкой с одновременным вращением. Металлическая ткань 508Х ХЗбОО меш была успешно применена для изготовления фитиля с хорошо воспроизводимым диаметром пор в 10 мкм 10% доля свободной для испарения поверхности составила 15—20%. [c.143]

Проведенная выше оценка пригодности пар с помощыо диаграммы состояния слишком ориентировочна. Для более точной оценки воспользуемся методом, разработанным для стендовых систем [18]. Ввиду малой толщины оболочки тепловой трубы п небольшого сечения капилляров, где при испарении теплоносителя кристаллизуется растворенное вещество, допуск на разрешенное уменьшение толщины стенки снизим до 0,02 мм (что составит менее 10% толщины стенки). Для труб ПГ и трактов АЭС допустимая толщина растворяемого слоя принята равной 0,3 мм (около 10% толщины стенки). Правомочность метода опенки по аналогии заключается в несомненно существующей общности закономерностей коррозионных процессов в жидкометаллических устройствах различного типа [19]. Результаты расчета срока службы тепловых труб с натрием при изготовлении их из хромоникелевых [c.18]

Очистка жидких металлов кристаллизацией в холодных ловушках. Установка для заполнения тепловых труб жидкометаллическим теплоносителем может быть с принудительной циркуляцией теплоносителя по контуру. Это удобно для очистки теплоносителя и для заполнения тепловых труб по методу заполнения напроток (см. разд. 3.2). Очистка жидких металлов в циркуляционных стендах с принудительной циркуляцией, как правило, проводится с помощью холодных ловушек, работающих непрерывно и установленных на основном контуре или байпасной линии. В холодной ловушке жидкий металл охлаждается, раствор примеси в жидком металле становится пересыщенным и кристаллизующаяся из раствора твердая фаза примеси удерживается в холодной ловушке. Жидкий металл выходит из ловушки очищенным от примесей. [c.54]

Важное качество теплорых труб —их способность к трансформации тепловых потоков. Высокую плотность подвода тепла в одной части трубы можно иметь при низкой плотности тепло-Х)Твода в другой ее части и наоборот Степень трансформации. тепла регулируется в широких пределах Кстати, отметим, что тепловые трубы с жидкометаллическими теплоносителями допускают чрезвычайно интенсивный обогрев В зоне нагрева их удельные тепловые потоки могут достигать более 1 квт/см Такой рекордно высокий теплосъем может быть обеспечен лишь за счет испарения теплоносителя с црверхности капиллярнопористых тел. .. [c.8]

ЛОТЫ парообразования. Мощность трубы уменьшается, а соответственно с падением мощности понижается перепад давления в жидкости. Рассмотренный ход соотношения вкладов различных эффектов в падение давления по тракту теплоносителя в зависимости от температуры характерен практически для всех тепловых труб с жидкометаллическими теплоносителями. Для низкотемпературных и криогенных тепловых труб основные потери давления обычно происходят вследствие трения в жидкости. Это подтверждается приведенными температурными зависимостями таких безразмерных величин, как ДРж/АРкап, АРп.ив/АРкап, АРд.тр/АРкап, представленными на рис. 2.31 для тепловых труб в соответствии с их мощностью (см. рис. 2.30). [c.106]

Термическое сопротивление фазового перехода при конденсации. Сразу отметим, что для низкотемпературных жидкостей термическое сопротивление фазового перехода, как правило, ничтожно мало и его можно не учитывать. Для тепловых труб с жидкометаллическими теплоносителями оно может быть заметным лишь при низких давлениях пара. Это сопротивление следует учитывать для тепловых труб в пусковых режимах, а также для паровых камер, если они работают при пойижен-яых давлениях пара. [c.155]

Для определения паросодержания, при котором происходит ухудшение теплоотдачи, были использованы две методики по регистрации скачка и пульсаций температуры поверхности теплообмена и по изменению градиента температуры теплоносителя вдоль поверхности теплообмена. В первом случае при фиксированном расходе и температуре теплоносителя, а также давлении и расходе питательной воды плавно повышалось теплосодержание воды на входе в модель до появления признаков ухудшения теплообмена в одном из контролируемых термопарами сечений. Во втором случае для определения геометрического места кризиса использовалось то обстоятельство, что явление ухудшенного теп лообмена в условиях обогрева трубы жидкометаллическим теплоносителем сопровождается характерным изломом функции распределения температуры теплоносителя по длине испарителя, а также резким падением теплового потока от теплоносителя к воде. [c.264]

В ряде сложных теплообменных аппаратов, в частности в жидкометаллических парогенераторах энергетических установок, имеет место неравномерное тепловыделение по длине парогенорирующей трубы. В связи с этим для целей практики необходимо знать зависимость критических тепловых потоков от характера и степени неравномерности теплоподвода по длине канала. [c.43]

Первые экспериментальные данные по теплоотдаче к жидкому металлу, текущему в круглых трубах, при малых числах Ре были получены в работах [1—6 . Уже в них отмечалась сложность подобного эксперимента, обусловленная наличием больп1их градиентов температуры по длине, что может приводить к ряду ошибок в определении температурного напора. С этим связаны весьма большой разброс экспериментальных точек по теплоотдаче и отклонение от их расчетных зависимостей, которые для жидкометаллических теплоносителей при малых скоростях течения должны были обладать высокой степенью надежности. Как впоследствии выяснилось, часть указанных результатов вызвана недостаточной чистотой металла, однако такое объяснение подходило далеко не для всех случаев. Ряд опытов, проведенных более тщательно [5, 7], подтвердил теоретические результаты. Были отмечены две возможные причины отклонения экспериментальных результатов от теоретических влияние продольных перетечек тепла и гравитационных сил. В работе [8] дан теоретический анализ влияния продольных перетечек тепла на процесс стабилизации и стабилизированное значение числа Ки при ламинарном течении. В условиях тепловой стабилизации продольные перетечки тепла повышают температуру потока по сравнению с рассчитанной по тепловому балансу (без учета перетечек). Если в условиях постоянного теплового потока по длине трубы определять среднемассовую температуру жидкости в сечении х из линейной зависимости (<вых—( расстояние от начала обогрева), то полу- [c.122]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...