Заполнение тепловых труб теплоносителями

Глава 3 Заполнение тепловых труб теплоносителями 44 [c.1]

Заполнение тепловых труб теплоносителями 62 [c.1]

ЗАПОЛНЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯМИ [c.44]

При заполнении тепловых труб теплоносителем необходимо решить следующие задачи [c.44]

Высокотемпературные тепловые трубы. Для тепловых труб, работающих при повышенных температурах, важным вопросом является тщательная дегазация тепловой трубы и теплоносителя перед заполнением тепловой трубы. [c.62]

Р н с. 3.8. Схема заполнения натриевых и калиевых тепловых труб теплоносителем [10]- [c.63]

Одним из оригинальных устройств, использующих в качестве промежуточного теплоносителя пар и его конденсат, является герметичная труба, заполненная частично жидкостью, а частично паром (рис. 13.5). Такое устройство, называемое тепловой трубой, способно передавать большие тепловые мощности (в 1000 раз больше, чем медный стержень тех же размеров). На горячем конце тепловой трубы за счет подвода теплоты испаряется жидкость, а на холодном — конденсируется пар, отдавая выделившуюся теплоту. Конденсат возвращается в зону испарения либо самотеком, если холодный конец можно разместить выше горячего, либо за счет использования специальных фитилей, по которым жидкость движется под дей- [c.105]

Тепловая труба состоит из герметичного корпуса, внутренние стенки которого выложены фитилем, имеющим капиллярную структуру. Фитиль заполнен жидким теплоносителем, в свободном объеме внутренней полости находится паровая фаза теплоносителя. Тепловой поток передается путем непрерывной циркуляции испаряющегося и конденсирующегося теплоносителя. В результате испарения жидкости в зоне подвода теплоты и конденсации пара в зоне конденсации (отвод теплоты) возникает перепад давлений между концами трубы, пар перемещается вдоль трубы, переносит поглощенную им теплоту. Возврат конденсата происходит по капиллярам фитиля под действием сил поверхностного натяжения. [c.435]

Труба должна выдерживать максимальное давление пара. По этой причине корпус и торцевые крышки трубы должны быть точно рассчитаны, а их соединение должно быть выполнено с помощью высококачественной сварки до того, как будут завершены расчеты и производство большой партии продукции. Изготовленные экспериментальные трубы могут быть испытаны под высоким давлением пара путем нагрева трубы настолько, чтобы убедиться, что корпус трубы, торцевые крышки и соединения способны выдерживать расчетное давление пара при соответствующем запасе прочности, гарантирующем безопасную работу. Такие эксперименты должны быть проведены в закрытом прочном, выдерживающем взрыв сосуде для того, чтобы оградить от опасности повреждения оборудования и ранения персонала в случае возможного разрыва трубы. Для того чтобы убедиться в герметичности изготовленной тепловой трубы, можно провести испытания на утечки. Испытания на утечки предпочтительнее производить при рабочих температурах трубы. Труба может быть помещена в камеру, заполненную газом, не содержащим теплоносителя. Обнаружение теплоносителя в камере указывает на наличие утечек. Для обнаружения следов теплоносителя применяются химические методы, масс- [c.178]

Именно поиск путей ликвидации этой зоны привел к идее создания тепловой трубы, заполненной теплоносителем, изменяющим в процессе работы свое фазовое состояние, т. е. переходящим из жидкого состояния в пар и обратно. [c.23]

Рис. 13. Зависимость температурного поля вдоль тепловой трубы от степени заполнения теплоносителем.

Режим избыточного заполнения (рис. 13,в). На дне тепловой трубы все время имеется лужа , глубина которой увеличивается по мере увеличения избытка жидкости. Вода в этой луже интенсивно кипит, разбрызгивая капли по ближайшим стенкам трубы. Вся внутренняя поверхность трубы, очевидно, полностью покрыта пленкой. Температурное поле и условия теплопередачи с первого взгляда очень близки к режиму нормальной работы. Действительно, излишнее заполнение не столь опасно, как недостаточное. Тем не менее слишком большое количество теплоносителя нежелательно, так как возможен перепад температуры по глубине лужи . Хотя величина этого перепада, по-видимому, не превышает нескольких градусов, на. фоне идеальной изотермичности всей тепловой трубы он все-таки значителен и должен быть по возможности исключен. [c.28]

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

Трубы, заполненные полностью теплоносителем и работающие без изменения его фазового состояния, как мы и условились ранее, к категории тепловых труб относить не будем. [c.35]

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]

Наиболее надежные данные по ресурсу работы тепловых труб могут быть получены нрп непосредственных ресурсных испытаниях последних. В процессе испытаний на ресурс оказывают влияние многие факторы (рис. 1.5). Факторы на рис. 1.5 указаны для тепловых труб любого температурного уровня и конструкционного исполнения, в том числе и для газонаполненных. Трактовка данных по ресурсным испытаниям не может быть проведена без рассмотрения условий изготовления тепловой трубы, заполнения ее теплоносителем, без знания конкретной конструкции, капиллярной структуры, режимных факторов при проведении испытаний и т. п. Вопросы конструирования тепловых труб, заполнения их теплоносителями, а также методики испытаний рассмотрены ниже, поэтому данные по ресурсным испытаниям будут приведены и проанализированы после изложения этих вопросов. [c.20]

Проблемой номер один для артериальных тепловых труб является заполнение их теплоносителем. Особенно сложен вопрос для газонаполненных труб, когда попадание газа в артерии приводит либо к ухудшению характеристик трубы, либо к полной потере их работоспособности. [c.29]

Рис. 3.12. Схема заполнения теплоносителем криогенных тепловых труб

Неконденсирующиеся газы часто удаляют при вакуумировании тепловой трубы без ее подогрева. При вакуумировании вода и некоторые другие теплоносители могут замораживаться. А в таком состоянии газы, растворенные в теплоносителе, почти не удаляются. Если необходимо избавиться от следов газов (например, в фитилях с артериями), водяные трубы нужно подогревать, и в уже работающей трубе стравливать газы из конденсаторной части трубы. Отметим, что для воды растворимость газов при разогреве понижается, для других теплоносителей — наоборот. Следует иметь в виду, что при заполнении со стравливанием газа вместе с парами теплоносителя дозировка его может оказаться неточной. При жестких требованиях по очистке теплоносителя и конструкционных материалов следует применять схему, описанную ниже. [c.70]

В Лос-Аламосской лаборатории в первых опытах [19] были испытаны тепловые трубы с литием, серебром и некоторыми другими металлами в качестве теплоносителей. Трубы имели длину от 100 до 430 мм и диаметр от 10 до 20 мм. В качестве фитиля использовалось несколько слоев сетки. После заполнения теплоносителем трубы нагревались по всей длине, чтобы обеспечить хорошее смачивание сетки. Литиевые тепловые трубы из сплава ниобия с 1 % циркония испытывались в диапазоне температур [c.93]

При захолаживании до температур ниже температуры замерзания этана (—183° С) также наблюдается преждевременное осушение трубы. Действительно, если тепловая труба устанавливалась в рабочее положение с замерзшим теплоносителем, заполнение фитиля происходит в условиях, обеспечивающих живучесть паровых пузырей. [c.107]

Перепады температуры в фитиле сильно зависят от его конструкции, а в зоне иагрева — и от режима парообразования. Для составного фитиля, имеющего под экраном заполненный теплоносителем зазор, перепад температуры определяется теплопроводностью жидкости и рассчитывается п(У соответствующим формулам теплопроводности с учетом концентрации линий теплового тока вблизи поверхности раздела пар—жидкость в порах экрана Для простого фитиля в виде пористого тела или многослойной сетки, насыщенных неметаллической жидкостью, перепад температуры рассчитывается по формулам (4 51), (4.52) с использованием эффективной теплопроводности Яэф. В теплопереносе от стенки трубы к поверхности испарения участвует как жидкость, так и твердый скелет фитиля. Для фитиля, ие спеченного со стенками трубы и имеющего произвольную пористость, в первом приближении эффективная теплопроводность может быть оценена по формуле [101 [c.203]

Очевидно, что очистка теплоносителя и элементов тепловой трубы, методы заполнения и герметизации могут сильно различаться в зависимости от применяемых материалов и теплоносителя, от уровня рабочих температур и требований, предъявляемых к работе трубы. Теплоноситель может очищаться механическим, химическим способами или посредством вакуумной дистилляции, а затем вводится в тепловую трубу в твердом, жидком или парообразном состоянии. Дегазация элементов трубы может осуществляться без нагрева и при нагреве в вакууме. Смачивание теплоносителем фитиля н стенок тепловой трубы мджет наступать сразу при введении теплоносителя, либо, как это имеет место со ртутью, после многочасового прогрева при наличии смачивающих добавок. Наибольшую сложность, пожалуй, представляют вопросы, связанные с качественным заполнением тепловых труб жидкими металлами. [c.44]

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]

Метод вакуумной перегонки. На рис. 3.8 представлена схема заполнения тепловых труб натрием и калием, приведенная в работе [10]. Система заполнения предварительно обезга-живалась при вакуумировании в течение 4 ч при температуре 900° С. Необходимое количество теплоносителя загружалось в дистилляционный сосуд. Нагреватели и термопары позволяли поддерживать необходимый температурный режим в дистилляционном сосуде, опускной трубе, конденсационном ответвлении и тепловой трубе. Нри перегонке калия опускная и тепловая трубы перво- [c.62]

Метод заполнения сквозной прокачкой паров теплоносителя (напроток). Схема предложенного авторами метода заполнения тепловых труб [11] представлена на рис. 3.10. Установка состоит из парогенератора и сливного бака, к которым через коллекторы с вентилями подсоединена сборка из параллельно соединенных тепловых труб. Заполнение осуществляется следующим образом. Щелочной металл (натрий, калий) в парогенераторе в течение суток и более обезгаживается при вакуумирова- [c.64]

Одна из возможных схем заполнения представлена на рис. 3.12. Установка перед заполнением теплоносителем вакуумируется до 10 —10 Па. Газ из баллона перемораживается во вспомогательную емкость, охлаждаемую жидким азотом. Для удаления нелетучих пригиесей при этом служит фильтр, заполненный многими слоями мелкой фильтровой сетки. Использовать сорбенты нецелесообразно, так как они могут вносить нелетучие загрязнения. Для уменьшения содержания воды можно баллон поддерживать при низкой температуре, при этом содержание воды в паровой фазе резко уменьшается. После окончания переморажнвания теплоносителя проводится его дегазация методом вакуумной откачки при пониженной температуре. Очищенный таким образом теплоноситель подается в дозировочный бак, где по давлению газа, его температуре и объему определяется масса газа. Далее осуществляется заправка тепловой трубы посредством замораживания теплоносителя в тепловую трубу. Теплоноситель подается с некоторым избытком. Затем с помощью пережима заправочный штуцер трубы плотно пережимается. Труба разогревается до комнатной температуры, пережим открывается и избыток теплоносителя стравливается при регистрации массы трубы на весах. После этого осуществляется окончательная герметизация тепловой трубы. [c.71]

Обычно тепловая труба (рис. 1.1) представляет собой закрытую трубу или камеру самой разнообразной формы, внутренняя поверхность которой выложена капиллярно-пористым фитилем. Фитиль насыщен жидкой фазой рабочей жидкости (теплоносителя), а остающийся объем трубы заполнен паровой фазой теплоносителя. Тепло, поступающее от внешнего источника тепла к испарителю, вызывает испарение теплоносителя на этом участке трубы. Возникающая при этом разность давлений побуждает пар двигаться от испарителя к конденсатору, где он конденсируется, отдавая при этом тепловому стоку на этом участке трубы скрытую теплоту парообразования. В результате постоянного испарения количество жидкости уменьшается и поверхность раздела фаз жидкость —пар (рис. 1.2) сдвигается внутрь поверхности фитиля, что вызывает возникновение здесь капиллярного давления. Это капиллярное давление заставляет сконденсировавшуюся жидкость возвращаться обратно в испаритель для последующего испарения. Таким образом, в тепловой трубе м9Жет непрерывно осуществляться перенос скрытой теплоты парообразования от испарителя к кондёнсатору при постоянно смоченном фитиле. Этот процесс будет продолжаться бесконечно, если не произойдет запирание каналов для прохода рабочей жидкости и будет поддерживаться достаточное капиллярное давление., [c.15]

Прежде чем перейти к установлению расчетных зависимостей, целесообразно еще раз атметить характерные особенности и достоинства тепловой трубы, сравнив ее с другими, близкими по конструкции теплопередающими устрой-ствам и. Лопробуеи создать тепло-передающее устройство, конструктивно ничем не отличающееся от тепловой трубы, но полностью заполненное жидкостью (теплоносителем). В таком устройстве в процессе работы жидкость не будет менять своего фазового состояния и переходить в пар. Следует заметить, что такое устройство не является надуманным. Оно используется в технике для охлаждения различных механизмов и их частей (например, лопаток турби ) и носит название термосифона. [c.22]

Тепловые трубы Положение в пространстве Коэффи- циент теплопере- дачи Перепад темпера- туры Заполнение теплоносителем [c.35]

Низкотемпературные тепловые трубы. Заполнение низкотемпературных тепловых труб можно осуществлять по самым разнообразным схемам. При простейшем способе заполнения необходимое количество теплоносителя вводится в отвакуумированное пространство тепловой трубы через резиновую пробку с помощью шприца. Заполнение нетоксичным теплоносителем также можно проводить на воздухе с последующим разогревом тепловой трубы и стравливанием в воздух паров теплоносителя. Вместе с парами удаляются и неконденсирующиеся газы. [c.70]

Опыты авторов показали, что возможна длительная эксплуатация на воздухе тепловых труб с относительно тонкой стенкой (толщиной 1 мм) в течение десятков тысяч часов. Неудивительно, что тепловые трубы с грубой капиллярной структурой, например канавочной, способны весьма длительно работать при температурах 600—700° С. Но оказывается, что и тогда, когда используются весьма тонкие капиллярные структуры, ресурс работы может быть длительным. Это выявили опыты авторов, проведенные на тепловых трубах с составными фитилями, имеющими экран из тонкой сетки саржевого плетения и испытанными при работе в различных положениях по отношению к горизонту, в том числе и против силы тяжести (табл. 4.3). Заполнение этих тепловых труб натрием проводилось методом напроток, что гарантировало хорошую очистку конструкционных материалов и теплоносителя. [c.90]

Механизм теплопереноса при наличии массовых сил и при их отсутствии. Для тепловых труб, работающих в широком игтер-вале температур, в частности для криогенных труб, зачастую велики изменения объема теплоносителя. Труба, заполненная теплоносителем с небольшим избытком жидкости, рассчитанным на наименьшую рабочую температуру, как правило, имеет < лужу — объем избыточной жидкости в нижней своей части (рис. 4.15). Из-за плохих теплофизических свойств низкотемпературных геплоносптелей при больших углах наклона трубы к горизонту ф зачастую трудно обеспечивать заполнение фитиля в верхней части трубы, поэтому приходится вести эксперименты при малых наклонах. При повышенных температурах объем лужи оказывается велик, значительной оказывается ее протяженность. Поскольку можно практически не считаться с гидравлическим сопротивлением при переносе жидкости в луже, в эффективную длину трубы не входит занятый лужей участок / (см. рис. 4.15). Этот фактор приводит к увеличению максимальной переносимой [c.100]

Р II с. 4.20. Экспериментальная зависимость максимального теплопереноса от относительной недозаправкп для плоской тепловой трубы с. гофрированной капиллярной структурой [67] (Г=253 К = =—0,4 мм Д /Уо — отношение недостающего объема теплоносителя к объему при полностью заполненной структуре) [c.104]

Отметим, что эффективная теплопроводость Лдф сильно зависит от состояния пара в тепловой трубе. При молекулярном течении тепло в основном передается теплопроводностью по стенке и капиллярной структуре, заполненной теплоносителем. При развитом течении пара тепло главным образом переносится паром. [c.165]

Таким образом, для заполнения зазора фитиля с экрадом в виде перфорированной трубки необходимо, чтобы К>1. Выполнения этого условия недостаточно для заполнения составного фитиля с экраном из нескольких слоев сетки. Авторами проведены опыты на натриевой тепловой трубе с экраном из многослойной саржевой сетки [8]. Труба длиной 960 мм обогревалась на участке 350 мм, а теплоотвод осуществлялся на длине 460 жж. Диаметр парового канала составлял 12 мм. На рис. 4.16, б представлены зависимости коэффициента заполняемости фитиля данной трубы от температуры в горизонтальном положении под действием капиллярного напора, развиваемого зазором шириной 0,23 мм при работе тепловой трубы с теплопереносом, соответствующим теплоотводу к воде через вакуумируемую щель. Коэффициент заполняемости фитиля при работе трубы без учета гравитации К] в диапазоне температур вплоть до 800°С весьма высок. Влияние сил гравитации хотя и существенно понижает коэффициент заполняемости, однако он остается высоким — даже при работе трубы против сил тяжести при отклонении от горизонтали на размер диаметра парового канала. Таким образом после теплового осушения фитиля, например, при достижении капиллярных ограничений должно происходить заполнение фитиля теплоносителем сразу же после удаления газа из т-азорегулируемой щели. Однако, как показали эксперименты, последующее нагружение трубы после выдержки ее с теплопереносом при постоянно вакуумируемой щели без проведения режима захолаживания приводило к работе трубы лишь в режиме простого фитиля. На рис. 4.17 представлены результаты измерений мощности натриевой тепловой трубы с составным фитилем и экраном из нескольких слоев саржевой сетки с указанием о проведении режима захолаживания. Видно, что для данной тепловой трубы переход ее в режим работы составного фитиля после осушения осуществлялся только при захолаживании до температур 400° С. Понижение температуры до 400° С п последующий разогрев трубы до 750—850° С по условиям способа нагрева требовали нескольких часов (до 8—10 ч). За это время осуществлялась ликвидация паровых пузырей, находящихся под экраном составного фитиля [c.187]

Объектами тепловой изоляции этих котлов являются барабаны, коллекторы, опускные и подъемные циркуляционные трубы. На эти места должно быть обращено особое внимание, так как температура наружной стенки этих объектов соответствует температуре теплоносителя. В сумме эти оголенные поверхности представляют значительные площади и являются источниками больших потерь. Выступающие из обмуровки торцы барабана котла и часть открытой поверхности барабана изолируют совелитовыми плитами либо прошивными минераловат-ными матами. Лазы и люки барабана котла изолируют металлическими футлярами, заполненными асбестовыми или стеклоткаными матрацами. Коллекторы и камеры 138 [c.138]

Режим нормальной изотермичной работы (рис. 13,а, заполнение 2,0 см воды). Количество теплоносителя находится в полном соответствии с величиной передаваемого теплового потока, т. е. пленка жидкости повсюду покрывает внутреннюю поверхность трубы, доходя до самой нижней точки зоны нагрева. [c.27]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...