Запуск тепловой трубы

Рис. 4.3. Неудачный запуск тепловой трубы вследствие низкого давления пара при температуре стока и низкого термического сопротивления между конденсатором н стоком

Рис. 4.4. Успешный запуск тепловой трубы при высоком давлении пара при температуре стока

Рис. 4.5. Успешный запуск тепловой трубы при низком давлении пара при температуре стока, но высоком термическом сопротивлении на границе конденсатора и стока

Запуск тепловой трубы с неконденсирующимся газом можно успешно производить даже тогда, когда конденсатор и тепловой сток имеют хороший тепловой контакт и термическое сопротивление между ними мало. [c.105]

В заключение отметим, что пуск тепловой трубы с высоким давлением пара не представляет специальной задачи. Однако при пуске тепловой трубы с малым начальным давлением пара обычно имеют место высокие скорости пара, во многих случаях звуковые и сверхзвуковые. Это приводит к запиранию потока и большим температурным перепадам вдоль трубы. Сам по себе звуковой предел не мешает пуску. Однако в некоторых случаях потоки с большими скоростями вытягивают жидкость из фитиля, нарушают циркуляцию жидкости и запуск становится невозможным. Даже если труба может нормально работать при расчетных условиях, может оказаться невозможным достичь этого уровня. Наиболее распространенная причина неудачного запуска тепловой трубы — малое начальное давление пара, сопровождаемое низким граничным термическим сопротивлением в конденсаторе. Один из методов обеспечения надежного пуска — введение в трубу небольшого количества неконденсирующегося газа. Газ обеспечивает увеличение граничного термического сопротивления в конденсаторе во время пуска. [c.106]

Двигаясь дальше по температурной шкале, мы приходим к жидким металлам. Для диапазона 500—950 К очень хороша ртуть, которая обладает подходящими термодинамическими свойствами. Она находится в жидком состоянии при комнатной температуре, что упрощает ее перегрузку, а также заполнение и запуск тепловой трубы. [c.82]

ЗАПУСК ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ [c.105]

Запуск тепловой трубы после ее выдерживания при заданном уровне температур выявил интересные моменты. При работе тепловой трубы в режиме термосифона, т. е. когда она была установлена вертикально и обогревалась в нижней своей части, наблюдались сильные колебания температуры, связанные с кипением в зоне испарения. Подобная картина отсутствовала при расположении зоны обогрева в верхней части тепловой трубы. [c.143]

Использованные для получения этих значений расчет--ные модели были подтверждены экспериментально. Был сделан вывод, что времена исчезновения столь велики, что восстановление полного заполнения артерии теплО вой трубы, содержащей газ (см. гл. 3), может быть осуществлено лишь с помощью дополнительных внутренних либо внешних средств по удалению поглощенного газа как в процессе запуска тепловой трубы, так и при ее стационарной работе. [c.207]

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]

Остановившись на той или иной рабочей жидкости, необходимо проанализировать условия запуска тепловой трубы. В момент начала нагрева зоны испарения остальная часть трубы практически холодная. Образующийся от первых порций пара конденсат может иметь здесь настолько низкую температуру, что возврат его опять в зону испарения окажется невозможным либо по причине большой вязкости, либо из-за перехода в твердое состояние. Так или иначе, испаритель постепенно осушается и тепловая труба выходит из строя, не начав функционировать. Прямой способ избежать этого явления — прогрев всего корпуса тепловой трубы перед запуском при помощи специального нагревателя. Однако в реальных условиях эксплуатации это не всегда возможно. Лучше выбрать рабочую жидкость, давление пара которой при температуре, соответствующей температуре холодного участка запускаемой трубы, относительно мало. Тогда в момент пуска образующийся пар практически не уходит из области нагрева. Циркуляция рабочей жидкости [c.70]

Второй вид режима запуска, когда при температуре теплового стока давление пара высоко, показан на рис. 4.4. Высокое давление пара обусловливает малую скорость и падение давления пара. Для двухфазной системы тепловой трубы температура связана с давлением. Таким образом, температура тепловой трубы остается при запуске, по существу, постоянной и увеличивается со временем и с возрастанием тепловой нагрузки. В этих условиях тепловая нагрузка тепловой трубы может быть всегда увеличена до достижения расчетных рабочих условий. [c.104]

Присутствие в тепловой трубе неконденсирующегося газа играет роль, аналогичную увеличению термического сопротивления на границе зоны конденсации. На начальной стадии запуска давление пара в испарителе меньше, чем давление неконденсирующегося газа, и, таким образом, только испаритель прогревается равномерно. С увеличением тепловой нагрузки увеличивается температура и, конечно, давление пара, и неконденсирующийся газ уносится в конденсатор, где активизирует теплообмен на части его поверхности. Небольшая длина активированной поверхности конденсатора соответствует большому граничному сопротивлению в нем, что приводит к большим плотностям пара на выходе испарителя и снижению скорости парового потока ниже звуковой. При дальнейшем увеличении тепловой нагрузки, что, в свою очередь, ведет к увеличению температуры и давления пара, неконденсирующийся газ вытесняется в конец конденсатора тепловой трубы. Режим работы трубы остается практически изотермическим, за исключением участка, заполненного газом. В этом случае процесс запуска происходит в форме волны, фронт которой движется вдоль трубы по мере увеличения тепловой нагрузки (рис. 4.6). [c.105]

Четыре вида режимов пуска, показанные на рис. 4.3 — 4.6, описаны для случая, когда теплоноситель при пуске находится в жидком состоянии. При пуске водяной тепловой трубы при температуре ниже нуля Цельсия или щелочно-металлической трубы при комнатной температуре теплоноситель будет находиться в твердом состоянии. Пусковые характеристики тепловой трубы с теплоносителем в твердом состоянии также в первую очередь зависят от температуры теплового стока и граничного термического сопротивления в конденсаторе. Термическое сопротивление должно быть достаточно велико, чтобы дать возможность подводимому теплу расплавить теплоноситель в конденсаторе и обеспечить возврат образовавшейся жидкости по фитилю в испаритель до того момента, когда вся жидкость покинет испаритель. Небольшое количество неконденсирующегося в трубе газа также помогает запуску трубы, задерживая поток пара таким образом, что плавление твердой фазы происходит постепенно по длине трубы. [c.105]

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]

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]

Работу тепловой трубы в процессе запуска трудно рассчитать, и она может существенно меняться в зависимости от многих факторов. В работе [3-40] качествен- [c.105]

Измерение профилей температуры вдоль тепловой трубы обычно осуществляется с помощью термопар, установленных на наружной стенке трубы. Если же требуется провести измерения температур во время переходных процессов, например при запуске, кризисе теплоотдачи в испарителе или в тепловых трубах переменной проводимости, то необходимо использовать автомати- [c.156]

В [6-22] дается программа для ЭВМ, которая очень полезна при проектировании и анализе тепловых труб, содержащих неконденсирующиеся газы, которые предназначены либо для регулирования температуры, либо для облегчения запуска из замороженного состояния. Эта программа может учесть описанную в 6-8 диффузию, а также передачу теплоты теплопроводностью по стенке тепловой трубы Б районе границы раздела пар — газ. [c.207]

Рис. 49. Измерение температурного поля тепловой трубы в период запуска.

На рис. 13.13 показано развитие процесса запуска теплопередающей трубы на натрии по времени. Опыт показывает, что теплопередающую трубу можно вывести на рабочий режим за несколько минут. Проблемы ускоренного запуска в настоящее время изучаются. После снятия тепловой нагрузки также имеет место переходный режим, который в отличие от запуска не. угрожает опасными последствиями. [c.351]

Итак, натриевая тепловая труба в опытах авторов успешно запускалась, т. е. работала в расчетном режиме составного фитиля, при теплоотводе излучением. Увеличение теплоотвода (подача аргона в газорегулируемый зазор) приводило к затруднениям при пуске — фитиль в зоне нагрева осушался вследствие переноса теплоносителя в зону конденсации и его вымораживания. На процесс пуска отрицательно влияет увеличение интенсивности теплоотвода и положительно — введение небольшого количества неконденсирующихся газов, а также уменьшение времени пуска. [c.191]

Основными причинами повреждения барабанов котлов являются высокие номинальные и местные (а = 2-3,5) циклические напряжения от запусков и остановов котлов накопление циклических повреждений от термических напряжений, связанных с пульсациями тепловых потоков и регулированием мощности повышенные остаточные напряжения в зонах приварки труб наличие исходных дефектов как в основном металле, так и в сварных соединениях накопление повреждений от коррозии и деформационного старения. Хрупкое разрушение барабанов паровых котлов может происходить в процессе гидро-испытаний при напряжениях Ниже предела текучести после заварки обнаруженных трещин. Для анализа прочности барабанов котлов в эксплуатации были осуществлены обширные исследования напряжений, деформаций и температур в программных и аварийных режимах, которые выявили условия образования местных упругопластических деформаций, превышающих предельные упругие в 1,5-2 раза. При испытаниях лабораторных образцов, вырезанных из серединных слоев поврежденных барабанов котлов было обнаружено незначительное (до 10%) уменьшение характеристик механических свойств предела текучести, предела прочности и относительного сужения. Было установлено, что наличие окисных пленок существенно (до 40%) снижает сопротивление циклическому разрушению. [c.74]

Третий вид режима запуска показан на рис. 4.5. Здесь давление пара при температуре стока тепла мало, но термическое сопротивление на границе конденсатора и теплового стока велико. В этом случае звуковой и сверхзвуковой потоки могут возникать на начальной стадии запуска вследствие низкого давления пара при температуре стока. С ростом тепловой нагрузки температура конденсатора, и, следовательно, давление пара также растут из-за большого термического сопротивления. Увеличение давления пара ведет к снижению скорости потока на выходе испарителя. Это обеспечивает условия для перехода трубы через звуковой режим к режиму изотермическому (см. рис. 4.5). В дальнейшем с ростом тепловой нагрузки температура трубы возрастает равномерна [c.104]

При работе на установке в условиях переменных тепловых нагрузок и нескольких циклов разогрева между первым и вторым запусками произошло накопление остаточных деформаций труб под действием несимметричных температурных напряжений. В результате увеличилась неравномерность распределения расхода по внутренним ячейкам нучка, и удовлетворительное обобщение опытных данных получается нри выборе параметра неравномерности =0.8. [c.162]

Для практического использования тепловых труб важно понимание условий, в которых труба может быть удачно запущена в. работу, а также различных явлений, которые могут помешать запуску или замедлить его. Переходные характеристики и проблемы запуска тепловых труб были изучены Коттером [И], Девералло м и др. 13]. Опыты, проделанные ими, показали, что поведение труб-в переходных режимах зависит от конструкции трубы, давления паров теплоносителя при температуре стока тепла и термического-сопротивления между трубой и стоком тепла в зоне конденсации. [c.102]

На рис. 4.3 схематично показан процесс неудачного запуска тепловой трубы, когда давление паров теплоносителя при температуре стока тепла и термическое сопротивление на поверхности конденсатора очень малы. Вследствие малого термического сопротивления на границе конденсатора увеличение во времени тепловой нагрузки не вызывает повышения температуры (и соответственно роста давления и плотности) пара в конденсаторе. В результате низкой плотности пара на выходе из испарителя возникает звуковой, поток, а в конденсаторе — сверхзвуковой поток и скачок уйлотнения. С увеличением тепловой нагрузки паровой поток, имеющий высокие скорости, в конечном счете вытягивает жидкость из структуры фитиля, что приводит к осушению испарителя и его перегреву. Хотя в расчетных условиях тепловая труба может [c.103]

Но было исследовано влияние рода рабочей жйдкости, а также свойств и конфигурации фитиля на запуск тепловой трубы и было получено общее описание процесса запуска тепловой трубы. Во время запуска для передачи теплоты от испарителя к конденсатору пар должен течь с относительно высокой скоростью, в итоге перепад давления вдоль оси канала оказывается большим. Поскольку осевой градиент температуры в тепловой трубе определяется перепадом давления в паровом канале, то в начальный момент температура в испарителе будет значительно выше, чем в конденсаторе. Уровень температур, достигаемых в испарителе, безусловно, зависит от рода используемой рабочей жидкости. Если количество подводимой теплоты достаточно велико, то фронт температуры будет постепенно перемещаться в направлении зоны конденсации. Во время нормального запуска тепловой трубы температура в испарителе возрастает, пока фронт не достигнет конца конденсатора. Начиная с этого момента, будет возрастать температура в конденсаторе, пока вся труба не придет в приблизительно изотермическое состояние (при использовании в качестве рабочей жидкости лития или натрия этот процесс протекает при таких температурах, когда стенка трубы нагрета докрасна, в этих условиях степень изотер-мичности трубы видна на глаз). [c.106]

Тепловые трубы с каналами, покрытыми сетками, обычно ведут себя нормально во время запуска, если только подвод теплоты не осуществляется слишком интенсивно. Кемме обнаружил, что запуск тепловых труб с открытыми каналами оказывается сложным процессом. Были зафиксированы очень большие градиенты температуры, и изотермическое состояние достигалось довольно специфическим образом. На начальной стадии подвода теплоты температура в испарителе была на уровне 525°С (рабочей жидкостью был натрий) и фронт с температурой 490°С захватывал только короткий участок зоны конденсации. Для того чтобы выйти на приблизительно изотермические условия, увеличивали количество подводимой теплоты. Однако при этом температура в испарителе возрастала неравномерно на наиболее удаленном от конденсатора конце испарителя температура достигала 800°С. Температура большей части испарителя оставалась равной 525°С, и между двумя температурными зонами существовал резкий перепад. [c.106]

После первой серии измерений (частично зачерненные точки на рис. 4.3) появились трудности с пуском трубы — возникало большое горячее пятно в нагреваемой зоне даже при малых удельных тепловых потоках. Запускать тепловую трубу оказалось возможным только при очень медленном нагреве (5—10° С/мин) и отвакуумированном зазоре между трубой и водяным калориметром. Лишь при достижении 820° С горячее пятно исчезало и можно было увеличивать теплоперенос. После первой серии измерений вакуум в объеме, окружающем зону нагрева, ухудшился от 6-10 Па до 1 Па. В течение этого периода измеренные значения ограничений теплопереноса (треугольники на рис. 4.3) непрерывно уменьшались (- на 20%). Когда тепловые потоки увеличивали до высоких значений, горячее пятно появлялось уже и при температуре 820° С. Осушение начиналось всегда с места, где размещалось горячее пятно. [c.79]

Особенно важно, чтобы критерии надежного запуска были удовлетворены в тех случаях, когда тепловая труба используется в устройствах, работа которых сопряжена с многократными включениями и отключениями, как, например, в системах охлаждения элементов электронного оборудования либо тормозных устройствах. Один из возможных путей решения этой проблемы состоит в использовании дополнительного источника теплоты, связанного при помощи небольшого ответвления с основной тепловой трубой, тем самым поддерл-сивая ее все время в разогретом состоянии. В результате число за- [c.107]

Измерения необходимы для того, чтобы показать, что тепловая труба отвечает заданным при ее проектировании техническим условиям. Описанные в гл. 2 ограничения передающей способности трубы, образующие своего рода огибающую рабочего диапазона параметров, также могут быть исследованы как и степень изотермичности трубы. Значительное число факторов может быть изучено в результате стендовых испытаний, включая ориентацию в поте силы тяжести, рабочую температуру, тепловой поток в испарителе, вибрацию и уочо-рение, вопросы запуска. [c.154]

Если, например, при запуске ракеты жидкость окажется выдавленной из фитиля тепловой трубы и соберется в резервуаре, то потребуется значительный отрезок времени для восстановления нормального рабочего состояния тепловой трубы. Пока эти условия не достигнуты, давление паров в резервуаре будет слишком большим, что приведет к чрезмерной блокаде конденсатора неконденсирующимся газом и к повышенным рабочим температурам. Диффузия является едпнствен- [c.189]

Полезно иметь воз. южность испытывать в полете тепловые трубы, разработанные для спутников, с тем чтобы доказать, что эти устройства могут успешно выдержать условия запуска и отвечают задаипым характеристикам в условиях невесомости. Большая часть осун1ествленпых з последнее время экспериментов была пооведена с тепловыми трубами, изготовленными в IKE в Штутгарте. В соответствии с так называемым международным экспериментом по тепловым трубам указанное устройство было запущено в конце 1974 г. [c.224]

В большой энергетике также найдется место для перспективного использования тепловых труб. Коэффициент полезного действия современных тепловых электростанций вплотную приблизился к 40%. Повысить далее эту величину оказывается весьма трудно. Один из возможных путей— Повышение температуры рабочего цикла, но это приводит к сильному нагреву лопаток турбин и потере их прочности. В основном греются тонкие концы лопаток, наиболее удаленные от массивного ротора. Здесь опять на помощь могут прийти тепловые трубы. Лопатки можно сделать пустотелыми и заполнить их рабочей жидкостью, прн этом они по существу превратятся в соответствующей формы тепловые трубы. Возират конденсата в них будет осуществляться за счет центробежных сил, т. е. капиллярная структура в данном случае ие потребуется. Зона испарения — это зона максимального притока тепла па концах лопаток, зона конденсации—основа1ше лопаток, откуда тепло будет передаваться ротору и далее выводиться по нему из зоны прохождения струи пара. Видимо, ротор также можно сделать пустотелым, превратив его в большую тепловую трубу, что не только позволит улучшить теплопередачу по нему, по и ускорит время прогрева всей турбины до рабочих температур в период запуска [Л. 29]. [c.100]

Обнаружено еще одно очень важное свойство подобных тепловых труб — возможность их легкого запуска из холодного состояния без цредварительного прогрева корпуса. Выше уже отмечалось, насколько серьезно эта проблема стоит для обычных тепловых труб. По мере поступления на вход тепловой энергии и расплавления загруженного рабочего вещества поверхность раздела инертный газ — пар постепенно смещается от зоны нагрева, обеспечивая постепенный прогрев всей трубы. Осо- [c.122]

При пусковых режимах перепад давления в паровом потоке по длине трубы, как правило, намного больше перепада давления в жидкости. Поэтому для обеспечения возможности пуска без обогрева конденсаторной части трубы желательно иметь высокий располагаемый перепад капиллярного давления, что обеспечивается канавками меньшей ширины. Тепловые трубы с широкой канавкой в опытах Кемме не запускались из-за капиллярных ограничений в пусковых режимах. [c.85]

В книге предложены способы обобгцения опытных данных по нестационарному тепломассообмену в пучках витых труб при различных типах нестационарности резком и плавном изменении тепловой нагрузки при запуске и остановке аппарата и переходе с однрго режцма работы на другой режим, а также при изменении расхода теплоносителя. При этом использовались теории подобия и размерностей, на основании которых предложены критерии подобия и способы учета особенностей нестационарного процесса тепломассообмена в пучках витых труо. Определены критериальные зависимости для расчета эффективных коэффициентов диффузии и коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления для стационарных и нестационарных условий работы, которые рекомендуется использовать при теплогидравлических расчетах теплообменных аппаратов. Рассмотрены методы расчета теплообменных аппаратов с витыми трубами с учетом межканального перемешивания, что позволяет наряду с усредненными определять и локальные параметры в рамках гомогенизированной постановки задачи. В книге анализируются и обобщаются теоретические и экспериментальные работы, выполненные как авторами, так и другими исследователями. [c.5]

Изменения экспериментально измеренных мощностей тепловыделения в витых трубах со временем представлены на рис. 5.9, а на рис. 5.10 — изменения во времени среднемассовой температуры теплоносителя на выходе из пучка и ее производной. Как видно из рис. 5.9, максимальные темпы выхода тепловой нагрузки на стационарный режим для различных чисел Re сильно отличаются, а время, при котором наблюдается резкое увеличение темпа нагрева витых труб, сдвинуто от начала запуска на 1. .. 6 с. Это время то равно величине, отсекаемой на оси т прямой, которая определяется максимальной производной (97V/9r) и является касательной к кривой7V = N (т). Максимальная скорость изменения среднемассовой температу- [c.157]

Электрическая нагрузка к трубному пучку подводилась от генератора постоянного тока или от автотрансформатора АОМК-100/0,5 и понижающего трансформатора ОСУ-80. Максимальная величина электрической мощности, потребляемой участком, составляла 40 кВт. Эксперименты проводились при плавном и скачкообразном увеличении и уменьшении тепловой нагрузки. Плавное увеличение нагрузки обеспечивалось подводом постоянного тока к пучку труб от генератора при его запуске. Скачкообразное увеличение нагрузки обеспечивалось включением автотрансформатора АОМК, предварительно настроенного на требуемую величину выходной электрической мощности. [c.196]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...