Конструкция тепловых труб

При существующих разновидностях тепловых труб основной принцип их действия во всех случаях одинаков и заключается в переносе тепла находящимся в замкнутом пространстве веществом с фазовым переходом. Рассмотрим тепловые трубы, работающие только по этому принципу, так как в данном кратком разделе невозможно охватить всю обширную литературу по этому быстро развивающемуся направлению. Число публикаций по тепловым трубам с каждым годом возрастает, и очень трудно следить за всеми новыми предложениями. Но тем, кто действительно интересуется двигателями Стирлинга, не следует упускать из виду успехов в развитии тепловых труб. (О быстром развитии тепловых труб свидетельствует тот факт, что число публикаций и патентов по ним, появившихся после 1964 г., превышает число соответствующих работ по двигателям Стирлинга, опубликованных после 1816 г.) Элементарная типичная конструкция тепловой трубы показана на рис. 5.9. Она состоит из замкнутой металлической трубы, внутренняя поверхность которой покрыта слоем пористого материала типа мелкоячеистой проволочной сетки, который при работе трубы обладает капиллярным действием. Такой пористый материал обычно называют фитилем. Находящаяся в трубе жидкость впитывается в фитиль, а незанятый внутренний объем заполняется парами этой жидкости. Один конец называют испарителем, а второй — конденсатором. Тепло подводится к испарителю, где происходит испарение жидкости. Пар в трубе под действием разности давлений переносится к конденсатору, где он конденсируется, выделяя тепло, полученное при парообразовании. Пар превращается в жидкость, которая под действием капиллярных сил возвращается по фитилю обратно в испаритель. В некоторых [c.399]

В части I книги была изложена теория, позволяющая определить рабочие характеристики различных тепловых труб. Однако методика достижения оптимальной конструкции тепловой трубы очень сложна не только яз-за привлекаемого математического аппарата, но даже в большей степени из-за множества качественных оценок, которые должны быть введены. На рис. 11.1 схематически представлен процесс проектирования тепловой трубы. [c.133]

Существующая практика производства газа состоит в том, что периодически прекращают подачу воздуха в газогенератор, предотвращая дальнейшее повыщение температуры в результате горения углерода, и продувают через раскаленный слой угля пар до тех пор, пока температура в газогенераторе не начнет снова падать. Б этом случае может быть эффективно использована тепловая труба. В течение периода горения угля Тепловая труба может быть использована для переноса тепла от газообразных продуктов горения к воде с тем, чтобы генерировать пар. Образовавшийся пар может быть использован не только для подачи в газогенератор с целью его охлаждения и образования водяного газа, но также для других процессов, связанных с работой установки газификации угля. Конструкция тепловых труб для данного случая совершенно не отличается от конструкции теплообменников на тепловых трубах, которые были описаны в предыдущих разделах. Однако при расчете должны быть приняты во внимание свойства продуктов горения. Кроме того, для расчета теплообменника на границе раздела поверхность трубы — вода необходимо использовать теорию теплообмена при кипении, описанную в гл. 4. [c.193]

За истекшие годы проведены широкие исследования характеристик тепловых труб, развита теория этих устройств, разработаны методы их расчета, выполнен большой объем работ технологического плана, ставивших своей целью определение наиболее подходящих рабочих жидкостей, а также материалов фитилей п корпуса тепловых труб в различных диапазонах рабочих параметров с учетом их совместимости в течение достаточно длительного срока службы. Были проведены ресурсные испытания труб в модельных и натурных условиях. Существенные успехи были достигнуты в области технологии изготовления тепловых труб. Одновременно совершенствовалась конструкция тепловой трубы, создавались новые типы труб. Это нашло свое отражение в постоянном росте числа публикаций. Естественно, что основная их доля приходится на периодические издания, однако все большее число авторов предпринимает попытки обобщить этот постоянно обновляющийся материал. Несколько книг было издано в последнее время и в нашей стране. К ним относятся Низкотемпературные теп- [c.3]

Из соображений удобства число Rr рассчитывается по радиусу парового канала а не по его диаметру, обычно используемому при определении аксиального числа Рейнольдса. Число Rr оказывается положительным в зоне испарения и отрицательным в зоне конденсации. В большинстве реальных конструкций тепловых труб Rr лежит в диапазоне от 1,0 до 100. [c.35]

Хотя некоторые данные по совместимости материалов. безусловно, содержатся в обычных научных публикациях, а также в торговых проспектах по химическим веществам и материалам, тем не менее, повсеместно применяемой практикой стало проведение ресурсных испытаний характерных конструкций тепловых труб, основной целью которых является установление совместимости материалов в условиях длительной эксплуатации при рабочих параметрах. В конце этих ресурсных испытаний могут проводиться газовый анализ, металловедческое исследование, а также химический анализ рабочей жидкости (см. также 4-2). [c.95]

Вопросы безопасности. Хотя применение той или иной конкретной конструкции тепловой трубы и условия ее эксплуатации не таят в себе специфических опасностей, имеется ряд аспектов, которые следует иметь в виду. [c.144]

Патент, описывающий дальнейшее развитие конструкций тепловой трубы, работающей на основе осмоса. [c.257]

Очевидно, для каждой конструкции тепловых труб с конкретным теплоносителем и определенных условий работы всегда может быть найдена оптимальная величина заполнения. [c.28]

Глава 2 Конструкция тепловых труб 21 [c.1]

Ценное свойство ртути — низкая температура плавления. При соответствующей конструкции тепловой трубы (большом гидравлическом диаметре каналов для протока жидкости) ртуть способна переносить очень большие количества тепла. Неблагоприятным свойством при использовании ртутных тепловых труб для от- [c.12]

КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ [c.21]

Наряду с общими чертами тепловые трубы, предназначенные для работы на различных температурных уровнях, имеют и значительные различия. Это относится как к конструкциям тепловых труб, характеристикам этих устройств, так и к методам экспериментальных исследований, к конструкциям исследовательских стендов. При проведении экспериментов большое влияние на конструкцию экспериментальной установки обычно оказывает выбранный способ нагрева тепловой трубы и метод отвода тепла. [c.72]

Рассмотрим наибольший осевой и радиальный теплоперенос для характерных конструкций тепловых труб, а также достигнутый ресурс работы для тепловых труб различных конструкций. [c.77]

Авторы этой книги провели опыты на горизонтально расположенной цилиндрической тепловой трубе с составным фитилем экранного типа и кольцевым зазором для протока жидкости (рис. 4.4). Конструкция тепловой трубы была выбрана таким образом, чтобы наиболее важные параметры (диаметр парового канала, радиус пор на поверхности фитиля, зазор для протока жидкости) отвечали требованиям проверки расчетной модели и сохранялись неизменными в процессе работы. С этой целью экран составного фитиля выполнялся в виде перфорированной трубки. Диаметр отверстий в зоне нагрева длиной 100 мм составлял 450 мкм, отверстия были расположены в шахматном порядке, поверхностная пористость равнялась 33%. Диаметр отверстий [c.80]

Некоторые из таких труб после их изготовления сначала обеспечивали ожидаемые характеристики по теплопереносу, но в процессе проведения предварительных испытаний ухудшали эти характеристики. В дальнейшем конструкция тепловых труб была изменена так, что использовались экраны с плавающими заглушками. Для сохранения заполняемости зазоров натрием за заглушками неплотно укладывалось несколько слоев сетки. [c.84]

За десять с лишним лет с начала исследований тепловых труб накопился большой объем информации по различным аспектам конструирования, испытания, применения этих устройств. Некоторые работы уже морально устарели, другие, наоборот, подтверждены экспериментально и получили дальнейшее развитие. С каждым годом появляется все больше оригинальных конструкторских идей, идут их практическая проверка, внедрение в технику. За последнее время, как это и бывает всегда с новыми идеями, уменьшился излишний оптимизм в перспективах применения тепловых труб для одних областей техники, и в то же время тепловые трубы на более твердой исследовательской основе завоевали себе право эффективного применения в других областях техники. Несомненно, что возможности разработки новых конструкций тепловых труб на сегодня далеко не исчерпаны. Широкое применение тепловых труб в технике в настоящее время по существу только начинается. [c.5]

Теплоносители по максимальному теплопереносу обычно сравнивают, используя комплексы параметров, определяющих качество теплоносителя. Вопросы выбора теплоносителя детально будут рассмотрены, в частности, в подготавливаемой нами книге Технологические основы тепловых труб . После того как определен теплоноситель, подбирают материалы и конструкцию тепловой трубы. Вопросы такого выбора также будут рассмотрены в указанной книге. [c.194]

Таким образом, вопрос оптимизации конструкции тепловой трубы в каждом конкретном случае решается аналитически или с применением численных методов расчета в зависимости от условий работы трубы и требований к точности расчета. [c.212]

Различают две группы регенераторов. Регенераторы первой группы характеризуются передачей теплоты от газа к воздуху через разделяющую их поверхность или через тепловые трубы. В регенераторах второй группы поверхность теплообмена попеременно обтекается горячим газом и холодным воздухом, причем в первый период происходит аккумуляция теплоты, во второй — ее отдача. Регенераторы могут быть неподвижными и вращающимися. Неподвижные регенераторы по конструкции можно разделить на трубчатые, пластинчатые и с тепловыми трубами. [c.266]

Компенсаторы высокого давления имеют внутренние направляющие (фиг. 42), поэтому нагрузка на гофры в такой конструкции компенсаторов распределяется более равномерно. Коэффициент гидравлического сопротивления сильфонного компенсатора с внутренними направляющими трубками может считаться равным коэффициенту гидравлического сопротивления прямой трубы такой же длины без внутренних направляющих гидравлическое сопротивление компенсатора увеличивается в 3—4 раза. Однако и указанное гидравлическое сопротивление значительно меньше по сравнению с гидравлическим сопротивлением других конструкций тепловых компенсаторов. [c.27]

Конвективная часть котла - подвесная, а топка покоится на опорных конструкциях. Тепловые расширения компенсируются изгибами труб, входящих в коллектора, расположенные между топкой и конвективной частью и между подом топки и воздухораспределительной камерой. Последняя выполнена из 12-ти секций с раздельными регулируемыми подводами воздуха. [c.220]

Анализ уравнения (1.28) показывает, что термодинамическая эффективность ТТ определяется разностью температур испарителя и конденсатора Д тт и степенью сопряжения с окружающей средой. Оно может использоваться для сравнения термодинамической эффективности различных тепловых труб. Идеальный вариант ТТ— конструкция с обратимыми процессами [c.14]

Анализ и оптимизация капиллярной структуры. Криогенные ТТ при хранении или эксплуатации могут находиться при температурах выше критической (в термодинамическом смысле), что приводит к сверхвысокому давлению пара. Такие условия в криогенных ТТ резко снижают надежность их конструкций, а в ряде случаев могут приводить к гидравлическому взрыву. Мерами по обеспечению надежности являются повышение толщины стенки и введение дополнительного резервуара для увеличения удельного объема паров в тепловой трубе при сверхкритических температурах. Первая характеризуется ростом термического сопротивления и снижением эффективности теплопередачи. Вторая будет сопровождаться интенсификацией теплопритоков к ТТ вследствие того, что для предотвращения перекачки теплоносителя в резервуар его необходимо поместить в среду с более высокой температурой, чем температура конденсатора. Кроме того, в ряде практических систем, где эксплуатируется криогенная тепловая труба, не имеется среды с такой температурой. [c.18]

Наиболее приемлемой для криогенных тепловых труб является структура в виде прямоугольных аксиальных канавок. Объем теплоносителя в такой конструкции минимальный вследствие нулевой извилистости и малых гидравлических потерь. Кроме того, указанная структура обладает высокими коэффициентами теплопередачи в испарителе, а также в этом фитиле затруднены условия накапливания паровых пузырей. [c.19]

ТТ пассивного управления. Функция управления у таких труб задана однозначно самой конструкцией. При этом энергия на управление расходуется непосредственно из теплового потока, передаваемого тепловой трубой. После окончания процесса регулирования эта энергия отдается в основной передаваемый поток. [c.48]

ТТ активного управления. В отличие от тепловой трубы пассивного управления, где регулирование осуществляется извне системы и функция ТТ лишь частично зависит от ее конструкции, энергия управления при активном регулировании расходуется или на процесс управления, или в течение всего периода работы ТТ. Возможности таких систем очень широкие. [c.52]

Там, где есть возможность использования ультразвука, могут найти применение тепловые трубы с управлением по ультразвуковому полю. Конструкция такой ТТ приведена в [47]. Принцип ее работы поясняется на рис. 15, о. [c.57]

Применение управляемых ТТ. Функция управления, реализуемая в тепловой трубе, во многом определяет область ее использования. На основании представленного анализа конструкций ТТ их можно классифицировать по выполняемым функциям [10]. [c.58]

Существует и другая схема работы тепловой трубы с модулированным потоком пара. Если преградить путь пару путем закрытия дроссельного клапана, количество пара в испарителе возрастет и он будет прорываться через пористый фитиль. Этот процесс препятствует возврату сконденсировавшегося теплоносителя к ис-паретелю, вызывая полное отключение испарителя от процесса передачи тепла. Таким образом, особенность подобной конструкции тепловой трубы может быть использована для включения и выключения трубы, т. е. труба в этом случае будет служить тепловым выключателем. [c.27]

Фитиль. Если фитиль является неотъемлемой частью общей конструкции тепловой трубы, например в тепловой трубе с продольными канавками, специальных операций по изготовлению фитиля не требуется. Если фитиль изготавливается из проволочной сетки, например фитиль в виде свернутого экрана или в виде артерии, необходимо из полотна сетки вырезать кусок требуемого размера. Полотно сетки не всегда легко раскроить точно, так как оно не имеет необходимой жесткости по некоторым направлениям. Для точного раскроя полотна из проволочной сетки его зажимают между двумя плоскими пластинами и режут по краю пластрн. [c.168]

Типичная конструкция тепловой трубы с капиллярной структурой схематично показана на рис. 20. Как и в случае гладкостенной трубы, про-тял<енности зон теплопрн-ема, теплоотвода и переноса тепла могут быть самыми разнообразными, [c.37]

Трудно писать книгу о быстроразвивающихся отраслях техники. Все, что казалось весьма интересным год назад, сегодня уже блекнет в свете новых достижений, новых экспериментальных данных, новых конструкций. Тепловые трубы переживают период бурного развития и внедрения в различные отрасли техники. О масштабе и темпах ведения исследований свидетельствует хотя бы тот факт, что только одна фирма Radio orporation of Ameri a с 1963 г. изготовила и испытала свыше 1 100 тепловых труб, разнообразных по форме и размерам, предназначенных для работы в широком диапазоне температур и тепловых потоков. [c.125]

Выбор теплоносителей, конструкционных материалов и в конечном счете всей конструкции тепловых труб — вопрос комплексный, где все должно быть подчинено решению задач, связанных с применением тепловых труб в том или ином устройстве. Прежде всего следует учитывать следующие моменты . 1) уровень ра-604.ИХ температур 2) максимальные подводимые тепловые потоки 3) удельные тепловые потоки 4) перепады температуры 5) гео1уГетрические размеры 6) положение в гравитационном поле и наличие центробежных, электромагнитных и других сил 7) наличие ударов и вибраций 8) условия пуска 9) ресурс и надежность работы 10) трудоемкость и воспроизводимость характеристик при изготовлении 11) стоимость. [c.6]

Подготовка элементов конструкции тепловой трубы. Первоначально элементы тепловой трубы протравливались в царской водке. Затем они обрабатывались в растворе кислот НР и НМОз для удаления 0,05 мм стенки материала в целях очистки поверхности от загрязнения железом (загрязнение при механической обработке). Далее проводилось обезгаживание в течение нескольких минут при температуре 1650°С в вакууме 0,001 Па при прогреве электронным лучом с незаваренным гет-терным контейнером. Герметичность конструкции проверялась гелиевым течеискателем, затем проводилось обезгаживание в течение 5 мин при 1650° С и 0,001 Па с последующей передачей сборки без контакта с воздухом в перчаточную камеру с чистым аргоном. [c.68]

На работоспособность низкотемпературных тепловых труб с составными фитилями существенное влияние могут оказывать паровые пузыри, образующиеся при заполненпп капиллярной системы жидкостью. Это влияние и вместе с тем сложности постановки экспериментов с составными фитилями продемонстрируем на примере экспериментов, проведенных авторами с этановымп тепловыми трубами, сконструированными п изготовленными. Е. М. Сидоренко, И. М. Блинчевским и др. Конструкция тепловых труб дана на рис, 4.22, основные характеристики их представлены в табл. 4.7, [c.105]

В работе [17] предложено в тепловых трубах использовать такие неконденсирующиеся газы, которые хорошо растворяются в теплоносителе при повышении температуры. Применение их может резко уменьшить объемы газовых резервуаров. На рис. 5.2 для нескольких пар неконденсирующийся газ — теплоноситель дан коэффициент Оствальда, который представляет собой отношение числа молекул газа, растворенных в жидкости, к числу молекул в паровой фазе Чем выше коэффициент Оствальда, тем меньшие объемы газового резервуара необходимы для регулирования. При значении его, равном 10, например, необходимый объем газа может уменьшиться в 10 раз Отметим, что не всегда необходимо усложнение конструкции тепловой трубы или схемы ее работы, чтобы использовать преимущества термостабилизации при помощи газонаполненных тепловых гр б. [c.127]

Шлозингер Н. К. Конструкция тепловых труб для регулирования температуры в космическом скафандре Пер с англ М, Мир, 1972 [c.154]

В условиях, когда силы гравитации или иные силы (центробежные, электромагнитные) способны обеспечить перенос жидкости из зоны- конденсации в зону нагрева, могут использоваться тепловые трубы, не имеющие капиллярной структуры — бесфитильные тепловые трубы. Конструкция тепловой трубы, не имеющей капиллярной Рис В 2 Схема ис- структуры И работающей на использовании парйтельного термо- гравитационных сил, представлена на рис. сифона В.2. Такую тепловую трубу при- [c.12]

Итак, рабочие параметры тепловых труб могут быть ограничены рядом факторов. Естественно, что в зависимости от конструкции устанавливается соответствующее соотношение между различными ограничениями. Например, в тепловых трубах с канавочной капиллярной структурой возможно достижение ограничений мощности, связанных с уносом жидкости из фитиля в паровой поток, а не чисто капиллярных ограничений. Для некоторых конструкций тепловых труб с низкотеплопроводными теплоносителями ограничения по удельной плотности теплового потока в зоне нагрева могут быть определяющими. Перед детальным рассмотрением физических процессов, обусловливающих каждое из рассмотренных выше ограничений, обратимся к различным модификациям тепловых труб, дадим классификацию их по ряду признаков . [c.16]

Экспериментальное исследование распределения температуры по длине в натриевых тепловых трубах. Эксперименталь-пые исследования распределения температуры по длине тепловых труб проводятся, как правило, посредством измерения температуры стенки с помощью пирометра, термовизора или термопар, заделанных на наружной поверхности корпуса тепловой трубы [40—42]. Однако такой метод измерения температуры из-за необходимости учета перепадов температуры в стенке и фитиле часто дает значительные погрешности и не позволяет с достаточной точностью сравнить экспериментально полученное распределение температуры с рассчитанным. Размещение термопар непосредственно в паровом потоке дает значительна большие возможности. В первых экспериментах с натриевыми тепловыми трубами авторы книги исследовали распределение температуры пара по длине трубы, используя неподвижные термопары, размещенные в паровом потоке в тонкостенных гильзах [43]. Затем методика измерения распределения температуры по длине трубы была усовершенствована — использована подвижная микротермопара, также расположенная непосредственно в паровом канале. При этом в зоне возможного перегрева термопары вследствие аэродинамического нагрева были приняты конструкционные меры, чтобы реализовать идею мокрого термометра. Термопара была снабжена специальным капиллярным устройством, которое обеспечивало смачивание ее конденсатом. Конструкция тепловой трубы в целом была выбрана таким образом, чтобы наиболее важные конструкционные параметры соответствовали требованиям проверки расчетной модели и сохранялись неизменными в процессе проведения экспериментов. Тепловая труба была снабжена составным фитилем экранного типа с кольцевым зазором для протока жидкости. Основные геометрические размеры трубы следующие [c.55]

Заметим, что тепловые трубы хотя и обладают рядом уникальных свойств, но, как и все реальные устройства, имеют ограниченные возможности. Над путями улучшения их конструкции в настоящее время работают теплофизики и теплотехники. Интенсификация процессов тепло- и массообмена в таких системах будет способствовать дальнейшему их развитию. Приемы интенсификации теплоотдачи можно подразделить на пассивные (не требующие непосредственных затрат энергии извне) и активные (характеризующиеся прямыми затратами энергии от внешнего источника). Пассивные методы включают специальную физико-химическую обработку поверхностей, использование капиллярно-порис. тых, шероховатых и развитых поверхностей, устройств, обеспечивающих закручивание потока, различных способов воздействия на поверхностное натяжение, а также добавление примесей в теплоноситель. К активным ме- [c.3]

На основании исследования тепловых труб открытого типа сделан вывод о необходимости предварительного выбора системы пар — газ применительно как к открытым, так и к закрытым системам. Коэффициент температурной чувствительности ТТ открытого типа может достигать значений намного больших, чем у закрытых систем. При оценке влияния свободной конвекции необходимо учитывать положение конструкции относительно поля тяжести. При конструировании газорегулнруемых ТТ открытого и закрытого типов необходимо стремиться уменьшить диаметр парового массообменного канала. [c.34]

Перечисленные выше конструкции пассивного управления основаны на ТТ с капиллярной структурой. К, системам пассивного управления можно отнести также некоторые типы двухфазных термосифонов, работаюищх в неизменяемых полях. Так, классический термосифон [29] (рис. 13, н) обладает функцией теплового диода. Панель (рис. 13, о), состоящая из набора наклонных термосифонов, может работать как тепловой диод [30]. Совмещенный вариант термосифона и ТТ описан в работе [31]. Схема такой конструкции представлена на рис. 13, п. Функция теплового диода здесь осуществляется за счет того, что капиллярная структура имеется только на части поверхности ТТ. Аналогичная конструкция теплового диода с использованием эрлифта рассмотрена в работе [32]. Схема такого диода, работающего в поле гравитации, изображена на рис. 13, р. К тепловым диодам можно отнести также вращающиеся ТТ, работающие при постоянной скорости вращения (рис. 13, с). Определенные возможности по управлению имеются у тепловых труб, работающих при переменном поле массовых сил. [c.52]

Активное управление используется 1акже в ТТ с газом, применяемым в качестве термостатов. При этом управление направлено на изменение параметров газа. Наиболее эффективным способом регулирования является изменение объема газового резервуара (рис. 15, в). Аналогичного эффекта можно достигнуть, изменяя количество неконденсирующегося газа в ТТ. С этой целью между конденсатором и газовым объемом помещают управляемый вентиль. Такую конструкцию использовали в работе [36] (рис. 15, г). Сложная схема изменения давления газа в системе двух тепловых труб предложена в работе [37] (рис. 15, (9). [c.54]

В последнее время большое внимание уделяется тепловым трубам, работающим против поля гравитации — ТТ с использованием так называемого эрлифта. Такие ТТ обладают определенными возможностями по управлению передаваемого теплового потока [44]. Схема с применением в качестве управляющего элемента электрического нагревателя изображена па рис. 15, л. Оригинальная конструкция такого прпнци1 а управления предложена в работе [32]. [c.56]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...