Шпильрайн Э.Э.(ред). Тепловые трубы

Подождите немного. Документ загружается.

!"-

ния. в тепловой-трубе

пъ 2,

в которой трение

пара ока-

зывается

недостаточным

для

создания

обратньтх течений

осевом

|!аправлении

в поверхностном

слое

,(идко_

сти'

кислоРод

раствореннь|й'материал

стенки

остают_

ся

в зоне

растворения.

ре3ультате

разру111ение

стенки

происходит

без существенного

переноса

массы

(в

соот-

ветствии

фиг.

5).

Фднако

тепловь1х

трубах

)х[е

4 кислород

раствореннь:й

материал

стенки

транспорти-

руются

к концам зоны

нагрева

€

€'

6лагодаря

обрат-

!!ым

потокам в поверхностпом

слое

}|0дкости.

(онцеп-

тРация

кислорода

обратном

потокеумень1пается

уве_

личением

расс!ояния

от

зонь1

растворения

за счет

добавления

дополнительного

11,

циркулирующего

по

контуру 2.

}меньтпение концентрации

кислорода

этом

потоке

и последующее

умень1шение

отно[пения

раство-

ряемых

атомов стенки

растворенным

атомам

кислорода

(в

соответствии

фиг.

16)

объясняют

оса)кдение

мате-

риала

стенки

тепловых

трубах

ш9 1,3

||еренос

кислорода

к концам зоны

нагрева

6' и

его

скопление

3десь

находятся

соответствии

распределением

осах{-

денного

материала

стенки'

обнарух<еннь1м

после

}1€||Б[:

тания.

пРвдотвРАщвнив

коРРо3ии

соответствии

интерпретацией

процесса

коррозии

бь:ли опробованьт три способа

пр.едотвращения

йрр'_

зии.

Результать1

представлепь1 в табл.

?аблшца 3

о-

'!р

1(онструк-

цион[!ый

материал

3аполни-

тепь

9словп!т эксперимент€

(поло'кен!'е

тепловой

тру6ы горизонтальное,1

!1рлплепаппе

@бескисло-

ро>кенный

\б-17г

\б_17г

565-1а

!!_13€а

1500

500

1600

1000

|нет

прогара

сильный

рост

! рен, унос

7г

щ !

вспухание

170

|Безаварийная ра(

!та

&орроошя

вьосокотемперотуРньох

трц6

н.о лцт,шш

343

||ервьтй

способ

состоит

обескислоРо;{иваний

кон-

струкционного материала

стенки.

для

этой

цели

исполь_

3овался

процесс коррозии.

9то

означает'

что зона

охлах('

дения

тепловой

трубь:

бь:ла

изготовлена

ц9

матч)и.з'}.а

зонь!

охла)кдения

!!угой

тепловой

трубы

(шь

|7г|[|)'

1епловая

труба |',|!

посл-е^!9!0 вао

ра6оты

при темпера_

туре

1500'с.

Фиг.17.

г. 18.

€ечение

на

фиг..17'

которая

у}ке.бь1ла

работе

которой

зона

нагрева

бы'

ла о|резана

электройнь|м

лучом.

9тановая

труба

не вь|!ш-

ла из

стооя.

как

прех{де'

после

нескольких

часов

работь|'

прора*3отала

1000

цас.на

фиг.

17 показана

эта

тепловая

"р:йоЁ

после

испь:таний.

.[[егкое

коррозионное

воздей-

ствие в

3оне

нагРева

вь|3вано

остаточным

кислоРодом

"{;,:}1+1:.$.!111!1.,::

$*],ч{*ЁЁ11{{+ЁЁ,,{ж

з44

':,

!:1

!.;

Буссэ

после

обескислорох(ивания.

Б сечении.А,

близком

к од-

ному

из концов 3оны

нагрева

(фиг.

18),

бь:ло

3амечено

начавшееся

ра3ру1|]ение

3ерен

на границе.

8 самой

зоне

нагрева

сечение

(фиг.

19),

ребра

}|(идкостнь1х

канавок

оказались

растворенными.

Анали3

концентРа(ии

кисло-

рода

дал

два

ох(идаемь1х

максимума на концах 3оны

нагрева

(фиг._20).

8о_время

испытания на-_внутренней

Ф'и

г. 19.

€ечение

на

фиг.

17.

стенке

кварцевой трубь[

образовался

электропроводя-

щий

слой

(сопротивление

ом).

Анализ

пока3ал'

что

основнь1м

компонентом в этом слое

является

цирко-

\||\й' а

литий составляет

только

3.10_0 а.

расчетё

на

вне|шнюю

поверхность тепловой

трубь'

потери

лит|\я

составили

среднем

7.10_11

е|см2.нос.

14дея второго

способа состояла

том'

чтобы

предот-

вратить

растворение

материала

стенки

за счет

введения

добавок

в литий,

которь1е

могут

умень!пить

активность

кислорода

в л||т||\4

зоне

нагрева и

таким

образом

пре-

дотвратить

образование

растворимь1х

комплексов'

со_

дер}|(ащих

кислород

и материал

стенкй.

1епловая

труба

добавкой

13%о

€а к

лцтию проработала

устойчйР0

&оррозшя

вь!со!со!емоера1!рнь!х

тру6 на

лштшш-34Б

1000

цас

без

поломок.

течение

эксперимента

диаметр

тепловой

трубы

увеличился

3оце' охйа:кдени

на

2о/о,

зоне нагрева

на

4о/о.

1ретий

сйособ

состоял в

том.'

чтобы

предотвратить

процесс

обескислорох(ивания

за счет

введения

в кон-

струкшионнь:й

материал

добавок'

умень1шающих

актив_

ность

кислорода

в ]тем.

Аобавка

приблизительно

ч.

ё30

&25

;о

Ёв

ло

ч,5

и г.

20.

|(онцептрация

кислоРода

в стенке

тепловой

трубы !\! 5

(силь_

нотравленые

образцы).

и г.

21.

1епловая

труба ]ч!}

после

1000

час

рабо{ы

при темпера_

туре 1600 {.

на млн.

]

1а

низким

содерх(анием

кислорода

(от

до

ч.

на

млн.)

оказалась

достаточной.

?т9.

материал'

?звестньтй

как

$с5-та'

показал

после

1000

зссработы

при

1600

,€

ли:'пь

незначительное

умень|шение

концен-

тЁации кислорода

зоне

охлах(дения.

зоне нагрева

концентрация_

кислорода

увеличилась

максимум

ра'

за

пс1

отно1цению

начальному

3начению'

но

разру]ше'

ния от

растворимости

здесь

|{е

бь1ло'обнарух<ено'

хотя

346

Бцссэ

бь:ли

обнару)кень1

очень

незначительнь1е

отлох(ения

(фиг.

21)' которь1е'

возмо)кно'

перенесень1

из

зонь1

охла)к-

дения

являются

следствием

нормальной

растворимо_

сти

1а

чистом

литу1|1.

1аким

обр-азом, система

зсз_та

является

весьма

перспективной

для

работь:

при темпе_

ратурах

1600

"с.

Фднако

необходимо

еще

вь1яснить'

до-

статочна

ли

коррозионная

устойнивость

этой системь|

для

различнь1х

геометрических

термических

условий,

которь|е'

возмо}кно'

могут

приводить

более

вь|соким

концентрациям

кислорода

в !|

зоне

нагрева.

7. 3Аключвнив

Ёаблюдавшаяся

корро3ия

зоне

нагрева

}ч]б

\7г

/\|

| а|[|

тепловь:х-

трубах

обусловлена

начальнь|м

содерх{анием

кислорода

конструкционном

материале

стенки.

|(оррозию

мо'{но

умень1шить

или

исключитьза

счет

обескислоро)кивания

материала стенк14

ил||

путем

введения

добавок,

умень|'пающих

активность

кислорода

в лт4ту|и

или

ко!1струкционном

материале.

литвРАтуРА

6гот9г_-6.

}{,,

€о1{ег

1. Р.,

Бг|с|<зоп

6. Р.,51гш_

с1цгез^о[

!егу..Ё!3! 1[:еггпа1

€оп6шс1апсе,

!. Арр!. Р!ъуз.,

35,

р.1990

(|964).

2.\ап

АЁае!в.,

неа1 Р1ре Рез|6п 1|пеогу,

Ргос.2п0

|п1.

€оп1.

оп

1[:егп|оп|с

Б|ес1г|са| Роше|

6епега[|оп.

51геза-

196в.

8цззе€.

А.,

6е|

3ег

Р.,

5|гцБ

н.,

Рё|2зс|

йе

й.,

га 11

6'' Ё|9[ 1епрега{шге

!|{||шп. Ёеа1

Р|рез,

Ргос.

2п0 1п1.

€оп[.

оп

1}легп!оп!с Б|ес1г|са1 Рошег

6епега1!ой,

5(геза'

|968.

псА'

по1е|п€ап0

Ё\, Аш9шз{ 2\,

1967,

16;

оц

[!оуе Р..

6!зсшвз|оп

гепаг!

оп 1}:е 5есоп0

|п{.

€оп[.

оп

1}:еггп1оп!с

Ё1е1

с1г!са! Рошег

6епега1!оп, 51геза, 1968.

5.8цззе

€. А.,

6е|9ег

Р.,

@ша1аег1

9.. Р61а-

[д |< е

![., Ёеа1 Р|ре

||[е

1ез1з а1

1600'с

ап0

1000

'с,

|ввв

€оп{.

Ресог0

о! 1|пе 1}:еггп!оп|с

€опу.

5рес1а|[з1

€оп[., Ёошз[оп,

1966'

рр.

|49_158.

|-|

[ [

п-а п Ё, Б.,

5о|шБ||!1у о[ \!1го9еп

ап6

@ху9еп |п

!|-

1[п|шп ап0

/у1е1|о0з о1 |-|1}:|цп

Рцг|[!са1!оп,

['!етде|

!|е!а!в.

А3тм

3рес. !ес!т. Рш6!.,

272,

|95_206

(|960).

р_9_^\!/.,

\!_ег&з[о|[[цп0е

0ег }|ос}:уа|<ццгп|ес}:п|&,

||, 8ег_

|!п'

1960,

р.

467'

&оррозшя

вь!сокотемператцрнь!х

тру6 на лштшш

347

8. 5{егп м.,

8|э!ор €.

&.,

€оггоз|оп

ап6

Б|ес1гос}дегп|са!

Бе[лат|ог,

в книге €о1цп!!цп'ап0

1ап1а|цгп

(е'6.

5у__Ё

1. 51з'

со ап0 Ё. Бргегп|ап)

!о|пп

'ф!|еу-

5опз,

1963,

р.

304.

9. 5 с }: ! п

Ё. Ё.

.].. Ёцга[огп.

1зрга

(настное

сообфение)'

10.8цээе

€. А.,

ёагоп

Р'.,

'6е}6ег

Р1,.

-Р6^\т--

1с е.|{..

Рег[оггпапсе

51ц6|ез

оп

Ёеа1

Р!рез, 1з1

[п1. €оп[.

оп 1[:еггп1о1|с

Р|ес1г|са|

Рошег 6епега1!оп,

|оп6оп,

|965.

11.

5с!гп|

Р.,

5егпег1а &-,

Рё1еггп!-па1!оп

{[:ёог1чше

е1 Рхрёг!гпеп{а|с!

0е

|а

Рц|ззапсе

1|егтп|чше

[|гп|1е

1гапэ[ёгёе

р![аЁз

€|!о(шсз

5о(|цп.

Ргос.

2п(

|п'{. €оп!.

оп

1}деггп!оп!с

Ё!ес1г|са|

Рошег 6епега1!оп,

51геза,

1968.

12.

з е п

}1.,

€опв1|{ц1|о|

о1

8|пагу

А11оуэ, !!1с6гаш_Ё|1|,

1 958.

13. в ! 1 1 о 1

Р.

Р., €опз1|1ц11оп

о[

Б|пагу А11оуэ,

Р|гв1 5шрр|е-

гпеп1, }{с6гаш-Ё|1|,

1965.

14.

Ёагг!зоп Р.

\!.'

Ре19гоззо

Б.

.|., !оту

Ргевзцге

Фх|0а1|оп

о[ €о1цгпб|цгп-17|гсоп!шгп,

сш|-м'535|,

1964.

|5. ] п

ц у

е Ё..

€оп[йп|па1|оп

о|

Ре1гас1огу

йе1а|з

бу

Рез|_

(ца|

66зез

|п'!асццгпз

Бе|ош

10{ 1огг,

ФР!"1['3674,

|964'

16. Ёорап

.}. Р..

[|гпопсе|||

в.

А., €|еагу п.

в.'

Реас"{|оп &а1е

о! €о]цпб|цгп-12!гсоп!цгп

А|1оу

ш|1! Фху9еп

а1

!ош

Ргез5цгез,

т1м-901,

1965.

17. €м.

статью [уфймилта

др.,

стр.203

настоящего

-сборника'

18.

Б ц

$ 5

е с.

А.,-

Ргевзшге

9го!

|п

1}пе !арог

Р[:азе

о1

|^оп9.Ё9а!

Р!оез.

1БББ |оп!.

Ресог.6

61 {ье

тьегп1оп|с

€опу'

5рес|а1|з1

соп'..

Ра!о А11о.

1967.

рр.

391_398.

|9.'ф

е,!

иэ'.т.

п.,'

к|

йц {

с.

]., !|чш|0

:\1е1а]

€оггоз|оп

йес}:ап|згпэ,

в кпиге

€оггоз1оп о!'

Реас1ог

.|[а1ег!а1э,

1АЁА'

!о|.

1, 1962,

рр.

105_132.

20. 5 1 ш

!'1 Р.

Р.''е1

а1..

.]АшАг

1[:еггпос[:егп|са1

1аБ1ез, Р8

16в370,

1965,

А06еп4цБ

рв

168370'1,

1966,

5есоп6 А06еп6шгп"

Рв 168370-2'

|967.

21..[1

атсо{1ёу.

с.'

агэепш. !.,

Р}даве51ц6|езо|Ё!3}:_

\!об!шп-€оп1еп1

_7г

А1|оуз, !' |-евв'€отппоп

*7е!а!в,

!0,229

(1966).

22. сь

!л [;

3. р.. €оп1г|Бц1|опз

1о 1}:е

9а{а оп

1}:еоге|1са!

йе[а1йгду:

}11.

[!еа1э

ап6

Ргее

Бпег9!ез

о!

Роггпа1|оп

о[

]пог_

рап|с Фй[0ез.

9ц|!е1|п

542.

8цгеац

о| .:}1|пез,

1954.

23.

!ац8ьап'Р.

А.,

51ешаг{

Ф. }1.,

5с!шаг1а

€. й.,

7гапв."А!|1Ё,

22\'

937

(1961).

24.

е 6

}1.

5., €оггоз|оп

о[

€о1цгпБ|цгп

8азе

ап6 о1}:ег

51гцс_

1шга1

А|1оуэ

;й

н;9ь

1егпрега1шге

[|1!|шгп,

РшАс_355' 1961.

25.

р|

51е|апо.|.

&..

}{о[|гпап

Б.,

Ре1а1!оп

Бе1шееп

Фху9еп

Р|ч1г!бцЁ|оп

ап6 €оггоэ|оп

!п

5о_пе_Ре1гас1огу-;{е1а.|

[;*!'?цй

5у{1егпв'

в книге

€оггоз1оп

о[

&еас1ог

/[а1ег1а1э,

26.

р|

51е|апо.].

&.,

€оггоэ|оп

о[

&с!гас{огуйс1а1в

Бу[|!_

}:|шгп,

опшь-3551'

!964.

27.

у1

5!е[апо,|.

Р.,

}{о||гпап

Р.

Б.,

€оггоз|оп

йсс!'па_

п|згпэ

|п

Р'е[гас1огу

!у1е1а|_А!&а1!

}{е{а|

5''с{егп5' в книгс тьс

348

Б!соэ

5с|епсе

ап6 1ес}:по1о9у

о|

1шп9з1еп,

1ап1а!шгп,

!!1о|уБ6епшгп'

!т{!об!цгп

ап6 |[е1г

А11оуз

(е6.

\. Р.

Ргогп|зе1),

Рег9агпоп

Ргеэз,

1964,

р.

257.

28.

р!'5]е|апо.}. Р..

!|1гпап

А. Р., Р[[ес{з

о[

|пршг|_

1|ез

!п

5огпе

Ре1гас1огу

}1е1а1-А|&а!!

]!1е1а1

5ув1егпз,

€оггоз|оп,

20,

392

(1964).

€!еаг'у

п.

в.,

Б1ес!егтпап

5.5.,

€ог1|зч.'.^в.,

29.

с1еагу

п.

в.,

Б1ес}легтпап

5.5.,

сог-]15!

]..Р.'

5о!шб|111$

о[

Ре!гасЁогу

}4,е1а1з

1п

|11}:1цгп

ап6

Ро1азз|шгп,

5о!шб|111у

о!

т|м-850. 1965.т1м-850, 1

30.

31.

Ёо[1йап

Б. Ё.,

Ёагг|зоп Р.'т\л.,

![е_-€оцра1!Б_|!11у

о[

Ре{гас1огу

1у1е1а]з

ш|1! [|чш!6

}1е1а1э'

св5Р-15,

!969.._

е| з гпап-

А., Ё

о1 1

аб е}6

Р., не1его8епеоцз

Бчш|||!_

г!а

!п 1!е 5уз1|:гпз

!|'Ф-,

А9'Ф

шь2о6

ап0 Фх!0е_}1о0е1в,

г|а

|п

1}те

5у51егп5

!|20-'

А820

,/ .

Апт. €[теп. 3ос.,80,

6503

(1958).

Р е!згпап А..

Ёо11аБегя

32.

&е!згпап

А.,

{ а Б'е

Р.,

Р}лазе

Бчш|1!Бг!а

1п

1|е

5уз[егп

('со,

]\1б'Ф6

бу

1[е

йе{!60

о1

-)!||егеп1|а1

1[:егпа1

Апа1уз|з_

-.]

. Ап. €Аегп. 3ос'.

77.

2||5

(1955).

Апа1уз|з,

€Аегп. 3ос',

77'

2||5

(1955).

рша1аег1

Р.,

Ёцга1огп,

|зрга

(настное

сообщение).

пРимвнвнив

твпловь!х

тРуБ

для

РвгулиРовАния

твмпвРАтуРь|!

Бшнерпа

1епловьте

трубь1

".:"ж}:,'.*,"

веего

как

полно-

стью статичнь|е

устройства

для

переноса

тепла

при

не-

значительнь1х перепадах

температур. Фднако

во мно-

гих случаях х(елательно

регулировать

их

эффективное

термическое

сопротивление.

.[1ля

практического

исполь_

зования представляют интерес

два

метода

регулирова-

ния:

двухпозиционное

регулирова11ие,

ил:14

регулиро_

вание

по принципу

включено

вь1ключено;

2) плавное

регулирование

эффективного

термического

сопротив_

ления. 8 первом

случае

тепловая труба

дол)кна

вести

себя

либо как тепловой

изолятор'

ли6о

почти

как иде-

аль1{ь1й проводник

тепла в

3ависимости от

того'

нахо-

дится

он&

состоянии

(вь1ключено)

или

((включено).

Бо втором

случае плавное

регулирование

дол)кно

осу-

ществляться

в 1широком

диапа3оне.

данной

статье

будут

рассмотрень1

ра3личнь]е

схемь1' позволяющие

рёш:ить

эти

задачи. Фднако

особое

внимание

будт

уде_

лено

исполь3бванию

неконденсирующихся

газов.

Аобав"

ление

их

рабочей

)кидкости представляется

уни_

версальнь1м

средством осуществления

как

плавного'

так

двухпо3иционного

регулирования.

во3можности

РвгулиРовАния

твРмичвского

сопРотивлвния

|1оскопьку в

данной

работе

рассматриваются

только

вопрось|

регулирования

термического

сопротивления

тепловьтх труб'

предполагается'

что какие-лиоо

ограни'

в !

1 $.'

()упа1!еггп

€огр.,

€ос!еувт|1!е),

Ргос.

41!:

|всвс,1969,

р.1033.

чения

переноса

отсутствуют'

т. е.

предполагается'

что

рассматриваемая

тепловая

труба

способна передать

рас-

четньтй

1епловой поток без

вьтсьтхания

фитиля.

9ффек-

тивное

термическое сопротивление

тепловой

трубы

мо-

х<ет

бь:ть определено

как

350

Бшнерт

&:^7/0,

(1)

где

количество

переносимого

тепла' а

А7

Ёере_

пад

температур

ме)кду

тепловь|м

источником

холодиль_

нит}ом.

г. 1. 1ерминеская

модель

тепловой

трубьт.

соответствии

со схемой' приведенной

на

фиг.

соцротивление

представляет

собой

сумму сопротивле-

ний

&: &3!!' +

&3!}"р

л*

&ж;+р

д;;:*.

(2)

3десь

сопротивление

к;;';,,

к}!Ё#,

термические

со-

противления

границ

ра3дела

мех(ду

тепловой

тру6ой

источником

тепла

или

холодильником

соответственно;

Р#*йр

к[!}#,

суммарнь]е

сопротивления

фитиля

стенки

тепловой

трубьт в испарителе

конденсаторе.

Ёаконец,

сопротивление

.(*

свя3ано с

необратимь|ми по-

терями'

имеющими

место

процессах массопереноса'

в которь|х

участвует ра6оная

х(идкость.

9асто

термическое

сопротивление

вь]ражают чере3

'коэффишиент

теплопередачи

!с

площадь

теплопе!е!,аю:

щей

поверхности

А:

Р:#.

(3)

Р еец лцро6 ёнцё

темпёрот

рь!

| еп)о

ёь|мц т

рц6

амш

361

3 качестве примера'

где используется

эта

зависи'

мость'

рассмотрим

тепловую

трубу,

охлах(даемую

естест'

венной

конвекцией.

Бсли

площадь

конденсатора

'есть

А*'^',

коэффишиент

теплоотдачи

при

естественной

кон'

векции /?*'"",

то вне1'пнее

сопротивление

на

стороне

кон-

денсатора

вь1ра}кается

формулой

г'(онд

.\внеш-

[

лконд'&конв

(4)

€оотноп:ение

типа

(3)

мох<ет

применяться

для

опре'

деления

вне1шнего и

внутреннего

сопротивлений

испа-

рителе

конденсаторе'

однако

оно

непригодно

для

рас.-

чета термического

сопротивления

пределах

рабоней

}|(идкости.

9ффективное

сопротивление

тепловой

трубь:

в прин_

ципе

йох(но

изменить

путем

изменения

любого

из

ука-

заннь|х

вь|1ше

сопротивлений

и3мвнвпив

сопРотивлвния

РАБочви

хидкости

1ерминеское

сопротивление'

связанное

испаряю_

щейся

конденсируюшейся

рабочей

х(идкостью,

обу-

словлено конечнь1м

градиентом

давления

паре и

}кид-

кости'

который

вьтзь:вает

двих{ение

тепловой

трубе.

|радиент

давления

паре

мо>*(но

регулировать

в некото-

рь|х

пределах

без

заметного

и3менения

теплопередачи.

5тот

йодход

не

без

успеха

применялся

Анандом

[1]

Франком

[2|,

которьте

для

дросселирования

потока

пара

в осевом направлении

использовали

дроссельнь1е

венти-

ли. €тепень

регулирования'

достигаемого

этим

спосо_

бом,

сох{алению'

ограничена:

во'первь1х'

термическое

сопротивление

рабовей

)кидкости

составляет

лишь

незначительную

д6лю

общего

сопротивления

тепловой

трубьт,

во-вторь1х'

падение

давления

паре и

соответ_

ствующее

ему

сопротивление

могут

бьтть изменень1

толь'

ко в ограниченном

диапазоне'

поскольку

они

не

долх(нь1

превосходить возмох{ностей

капиллярного

всась1ваъ1ия'

Бторое ограничение

мо>кет

бьтть

отчасти

устранено

при

работе

тепловой

трубь: в

условиях

низкого

абсолют_

ного

давления

паРа

наполнителя'

когда

больш:ое

относи-

тельное

изменение

перепада

давления

мало

по

сравнению

капиллярным

напором.

Р в гул

и Ро вА"

|'',Ё;Ё",

;жЁ;я

"т

вл в н и

[вухпозишионное

егулирование

тепловой

трубьт

осу_

ществить

сравнительно

легче'

нех(ели

плавно

и3менять

ее

эффективное

термическое

сопротивление.

€уществует

много

возмо>|{ных

способов

такого

регулирования'

одна-

ко

мы перечислим

только некоторь1е

и3

них.

,[1,вухпози_

ционное

регулирование

проще

всего

достигается

прерь!_

вани-ем

теплопереноса

ил|1' точнее'

переноса

циркулиру-

рщейв

процессах

испарения

и конден€&ции

жидкости.

1еплопроводность

вдоль

стенки

контейнера

и капилляр_

ной структуры

безусловно

будет

играть

роль

да)ке

по-

зиции

(выключено>.

Фдин

из методов

вь1ключения

(остановки)

тепловой

трубь[

заключается

перекрь|ва-

нии

потока

пара при

помощи

вентиля.

3тот

подход бьтл

успе1[]но

применен

111лозингером

[3].

1(роме

перекрь1ва-

ния потока

пара'

мох(но так}ке

прервать

во3вратное

течение

х(идтости' если

каким-либо

образом

ра3ъеди-

нить

фитиль

[2].

обоих случаях

нормальная

циркуля-

ция

х(идкости

невозмо)кна.

||осле выключения

тепло-

вой трубьт

та часть

}кидкости'

которая

находи1ся

испа-

рительной

зоне*

будет

продол>кать

испаряться

(при

условии'

что тепловой

источник не

устранен)

непрерьтв-

но

покидатъ

испарительную

зону'

что

приведет

к ее

вь1_

сь!ханию.

3ьтсьтхание

произойдет так)ке

в том случае'

когда

будет

блокирован

только

паровой

канал'

посйоль-

ку

возростт|ее

давление

пара

(как

результат

перегрева

испарителя)

преодолеет

капиллярнБй

напор,

и_па! по

капиллярной

структуре

будет

перетекать

в конденса-

тор'

вь|тесняя

туда

)ке

}кидкость.

и3мвнвнив

площАди

твплосъвмА

.[[анньтй

метод

изменения.

проводимости

в принципе

отличается

от предь|дущих.

€пособность

к теплопереда-

че

в осевом

направлении

косвенньтм

образом

зависит

от

величинь1

теплоотводящей

поверхности.

Регулирование

осу|11ествляется

и3менением

термического

сопротивле_

н].|я

мех<ду

тепловой

трубой

основнь1м

холодильником.

14зменение

теплоотводящей

поверхности

известном

смь1сле

эквивалентно

регулированию

внутреннего

со_

еа

лшро

в онше

е мпе

рат

рь!

епло

ь!

мц т

амш

противления

тепловой

трубьт.

}казанньтй

принцип

регу-

лирования

н-а

практике

проще

всего

достигается

добав-

лением

рабоней

>кидкосйи

неконде}{сирующегося

газа.

Блияние

неконденсирующегося

газа

гта

характери-

стику

тепловой

трубьт

.бь:ло .обнару}кено

еще

в первь]х

исследованиях

тепловой

тру6ьт,

вь|полненньтх

|ровером

др.

[4]. Фн показал,

что

тепловь1х

"руо!',

ръь;;ъ;:

щих

на

натрии

примёсью

водорода,

пр0исходит

3апол_

нение

водородом

части-

{онденсатора.

)(арактеристики'

приводимь1е

авторами

[4], отчетливо

пока]ьтвают

стаби-

лизирующее

влияние

водорода

на

температуру

тепло:.

вой

трубь:

при

различнь|х

тепловьтх'агруЁк,'{.'в,'.й"й-

ствии

использование

неконденсирующихся

га3ов

для

регулирования

температурь|

теплового

источника

бьтло

предло>кено

нескольких

публикациях

т5_в].

сАмоРвгул

иРующи

вся

тиуРвтул

иРувмь|в

твпловь!

€аморегулиР}ю111имися

тепловь1ми

трубами

назьтва-

ют такие

трубь:,

которь[х

эффективное

сопротивление

самоустанавливается

на

уровне'

определяемом

некото-

рь|м

внутренним

параметром.

1ипичным

примером

таких

щуб

являются та

к на3ь1ваемьте

трубьт-<терйор

егул

ятор ь1).

Аля

поддерх(ания

температу}й

пара

конденсаторе

практически

постоянной

в трубу

вводится

неконденсиру!о-

щийся

газ'

влияние

которойо

-вь]рах{ается

изменении

площади

конденсатора

соответственно

тепловому

потоку

или температуре

холодильника.

8 этом

случае

внутрен-

ним

параметром

является

давлениепара х<идкости.

ре-

гулируемой

тепловой

тру6е

связь

мейду

сопротивлени-

ем

температурой

пара

отсутствует.

}правлЁющий

сиг-

нал

мо)кет

6ь:ть

подан

от

йюбого

внешнего

источника.

1акое

регулирование

6ь:вает

х{елательнь|м

даже

в том

случае'

если

цель

заключается

только

в поддер'кании

температурь|

источника.

8 саморегулирующейся

тепловой

трубе

неконден.

сирующимся

газом

температура

конденсатора

устанавли-

вается

практически

на

постоянном

уровне.

1емперату-

ра

источника

связана

с температурой

пара

7['*д

соот.

ношением

23-396

7".,:4'"д+0 (Р*:,*

&Ё!}"р+ д*),

(5)

Бшнерт

откуда

а1ц.'

:Р3!!,"

&3!}.,,

л*

ч|.

(6)

ао

-'\внещ

'\внутр

!'\)к

ао

\-/

!.ля

саморегулируюцейся

тепловой

трубьт послед'

ний

член

уравнении

(6)

мо}кет

бь:ть близок

нулю,

оставаясь

всегда полох(ительнь1м:

ат:''дмо> 0.

||оскольку

термические сопротивления

кЁ'!;.,

(3!!',

Р*

являются

поло}кительнь1ми

величинами'

график

функции

г*.

(0)

будет

всегда иметь

полох<ительньтй

наклон.

Фднако в

случае применения

вне1пнего

регули'

роЁания

последний

член

уравнении

(6)

мох<ет

бьтть отри-

цательнь1м

температура

источника

буАет

поддер'х(ивать'

ся

постоянной.

твпловь|в тРуБь| с

нвкондвнсиРующимся

гА'о.ш

пРинцип

двиствия

Ёеконденсирующийся

газ' вводимьтй

в тепловую

тру'

бу, вьттесняется потоком

пара в

зону конденсации.

Бу-

дучи

неконденсирующимся'

он не

участвует

циркуля-

ции

скапливается в зоне конденсации.

||ри определен-

нь]х

условиях

ме)кду

циркулирующим

паром и

застой-

нь|м га3ом

устанавливается

относительно

резкая

граница

раздела

(фиг.

2). Б

той части поверхности конденса-

тора'

которая

соприкасается

с газом' теплоотвод

прак-

тически

отсутствует;

таким

образом,

перемещая грани-

цу

ра3дела'

мо}кно изменять

поверхность

теплоотдачи.

|]оло>кение

границь1

раздела

определяется из

условия

равенства

давлений

пара и

га3а

Р,'':

Р,.

(8)

Регулирование мо}кет

бь:ть осу'.'т,ествлено изменени-

ем

давления

как пара'

так

газа.

||оскольку

газ

приблих(енно

подчиняется

уравнению

состояния

идеального

газа'

его

давление дается

вь|ра}ке-

нием

п.Р'!,

г':-

||[|_

(0)

Рееулшрованше температурь! тепловь[м!1 трубамьо

355

где

[п|

масса газа; 7"

средняя температура газа;

&о

универсальная

газовая постоянная;

|||

моле-

кулярная

масса;

объем,

(ло0оо0

}|}[[[}{

0опооа

1111

}}||[|

з!

[раншца

и г. 2. |1ринцип

терморегулирования инертнь[м

га3ом.

качестве параметров

для

регулирования

поло}ке-

ния границь1

раздела'

а следовательно'

термического

сопротивления

тепловой

трубьт

принципе

могут бьтть

использовань1

температура,

объем

и масса га3а.

мАтвмАтичвскАя

модвль

}1одель

позволяет

описать в

дифференшиальной

фор_

ме изменение температурь1

рабоней

х{идкости вблизи

кон-

денсатора

тепловой трубьт

при изменении

тепловой нагруз-

ки' температурь1

холодного источника

других

независи_

мь!х переменнь1х.

€оотноп:ение ме)кду

температурами теп_

лового

источника

и конденсатора

у)ке

приводилось

предь1дущем

разделе.

|1ри

вь!во.це

уравнений

прин]ть1

сле-

дующие

допушения:

неконденсирующийся газ подчи-

няется

уравне}{ию

состо]ния идеального газа;

ме)кду

газом

и паром

существует бесконечно

ре3кая

разница

ра3_

лела;

рассматривается

стационарное

состояние.

23*

11111111

ко

нё

енсирую

щул

йоя

ео

т,,'',

тп,хон0\

у?,т?'7

па

Рееулшрованне температц

рь!

тепловь!м!!

тру5амш

Бшнерт

Рассматриваемая

модель

схематически

представлена

на

фиг.

||рът

данн0м

ре>киме

ра6отьт

температура

пара

в конденсаторе

г;о'д

булет определяться

тепловь!мпото'

ком

температурой холодного

источн|4ка

то и

т\ара'

метрами

газа 7", /пг и

у|.

(1емпература

источника

т'"т

рассматривается

как

3ависимая переменная.)

йньтми

словами' опуская

для

простоть| индекс

(конд)'

запитшем

[,:|,(0, 7о, ?',

п,,

|,)'

(10)

8сли предполох{ить'

что

влияние

параметров

газа на

температуру

пара проявляется

только

через

перемеще'

ние

границь|

ра3дела'

то вь1|шеуказанное

вь1ражение

упрощается:

!,:!,(@,

!\,

(11)

где

независимь|е переменнь1е;

связь

давле'

нием

пара

параметрами газа

устанавли!ается

усло'

вием

равновесия

давлений

[уравнение

(8)'[

законом

идеального

газа

[

уравнение

(9)].

Ёас

интересует

изме-

нение

температурь1 пара 7. в

зависимости

от

перемен-

нь|х

?9, &1, ?.

и |;.

йз

уравнения

(11)

имеем

6?,:

(#)ао+

(#*)

ато+

(#\

,,.

02')

8еличинь:

частнь|х производньтх 07"/ф

и 07*|0?,

могут

быть непосредственно

измерень1'

0?"|0ц

связана

другим

измеряемь1м

параметром

ф|0ц

уравнением

+:-##

.|[ифференшиал

4у

мох{но

исключить' используя

(8)

(9):

ау:

*[*,'"

Р,)ат,_

0л|,)

(1п

т,)

(1п

п,)

(:п

и,)!.

Фбъединяя

уравнения

(\2)

(14),

полутим

/г'

:#т

*а

)

ао

(#)

ат

-#ь{-}'+-+л

(15)

где

0?,

(1п

Р')

-аб__--т-.

(\п|')

}равнение

(15)

представляет

собой

общее

ре1пение

поставленной

задани.

|[,

и3менение температурь|

па-

ра

в конденсаторе

вследствие

изменения

независимь|х

параметров

7о,

/п", 7"

|'.

9астньте

прои3воднь]е

уравнениях

(15)

(16)

извес1.нь1е

величинь1'

смь|сл

которь]х

объяснен

них{е.

от"|оо

изменение температурь|

пара с

изменени_

ем

теплового

потока.

3тот

член

эквивалентен

а|1алогич-

ной характеристике

обьтчной тепловой

трубь:

при

отсут-

ствии

дви)кения

границь]

раздела.

ат"|ото

изменение

температурь1

пара в

результате

и3менения

температурь1

холодн0го

источника при

непод_

ви>кной

границе

раздела.

{:,л")

нЁклон

кривой

в координатах

логарифм

давления

пара

рабоней

х<идкости

температура.

{т,т')

этот

коэффишиент

опись1вает

зависи-

мость

объема,

3анятого

га3ом''

от поло)кения

границы

раздела.

Фбращаясь

фиг.

мо>кно 3аписать

|"-:

([-

-у)А".

Фднако

в больш_тинстве

тепловь|х

труб

реальнь1х

условиях

имеется,приссединенньтй

газовь:й

резервуар.

8го

объем

недоступен

для

лара

у| мо)кет

б!тть

вв6дён

в вьца'{ениедля

как постоянная

величина' т. е.

1/"

{ь

у)А"

76.

|!редполагая'

что

объем вне!'шнего

резервуара

велик

по сравнению

объемом газа в конден-

саторе'

мо}кно записать

\ ауг

_Ап

Ап

_т

1'|,:-т-тг

_то+Ф:-лА,:

й.

2{_€96

-ао

оу

(16)

уравнения

(

14)

Бшнерт

о||ои

теплоотвод

на единицу

длинь1

конденсатора

области границь{

ра3дела.

осоБыв

случАи

1епловой

поток

изменяется'

температура

холодного

источника

параметрь| га3а

постояннь[

(ато:

ат"

ёй"

:0).

в со0тветствии

уравнением

(15[

{['

| отп

7@__1;3-

-щ-'

9то

уравнение

отчетливо

пока3ь|вает

вь|году применения

неконденсирующегося

газа'

3аключающуюся

умень_

шении

и3менения

температурь1

пара.

ат"|оо характери-

зует

наклсн 7,

@-зависимссти

при

нейодви>кной гра_

нице

раздела.

}1нс>китель 1/(1

всегда

мень1ше

еди_

ниць|,

псскольку

поло>кительная

величина.

1аким

сбразом,

самоустановление

площади

теплосъема

(поло_

жения

границь|

раздела)

умень|шает

амплитуду

колеба_

ний

температурь1

пара в

раз.

Фбь:чно

температурная

чувствительность

регули-

руемсй

тепловой

трубьт

определяется

как.величина'

сбратная

ат"|ао,

именно

(18)

':#+

0гп|"€,

ао ао

о:?г;-

+й

(1п

Р")

___1_.

(1э)

(|п|,)

[|ервьтй

член

вь1ра>кении

(19)

представляет

темпера_

турную чувствительность

обь:чной тепловой

трубь:,

втсрой

эффект, связанньтй с

изменением

площади те_

плоотвода. Фбь:чно второй

член

по величине 3начитель-

но

больше первого.

?епловой

поток

и параметры

га3а

постоянны.

1емпе_

ратура

холодного источника и3меняется

(7@о:

ат":

6&"

11/.':

0).

в этом

случае

уравнение

для

изме-

нения

температурь1

пара

формально

то}кдественно

урав_

шению

(17):

ё7,

1 от"

11.

-115

07^'

(20)

ее

лш

о в анше

т е мпе

ра7

рь[

е пло

ь!м!'!,

6 амш

Бсе

величинь]

ух(е

обсу>кдались в

предыдущем

примере'

вновь ат^|от0

мень1пе в

раз.

1епловой

поток

температура

холодного источника

постоянны.

[!араметрь|

га3а

переменны

ё['

7,|",4,1п",

ё|"

0).

соответствии

уравнением

(15)

изменение любой

и3

ука3аннь1х

вь11ше

переменнь!х

ока-

зь|вает

одинаковое влияние. Б

качестве примера

рас_

смотрим

влияние температурь1 газа

1ат

й|,:-т'т

ф1:пл"1

'г

{2!'

||оскольку 3начение

обьтчно 3начительно

больгше еди-

ниць]' псследнее

уравнение

некоторь]м приблих<ением

мох(ет

бьтть

представлено в виде

(2ц

€ помощью

этого

уравнения

мо)кно оценить влияние

и3-

менения

температурь| га3а на

изменение

температуры

пара.

условия

для

поддвР**,#{';|'"тояннои твмпвРАтуРц

1епловьте

трубьт с

регулируемой

проводимостьюч'аще

всего применяются

для

того' чтобьт свести к

минимуму

колебания

температурь!

источника

при

изменении

тепло-

вого потока и

температурь|

холодного

истонника. ||ро-

веденньтй

анали3

мо>*<ет

бьтть исполь3ован

при вь:боре

оптимальной конструкции'

отвечающей

поставленной

3адаче'

Безразмернь:й

фактор

дол>кен

бьтть боль:пим'

что-

бьт сгладить влияние

изменения

теплового потока и

тем-

пературь1 холодильника.

1(онструктор

имеет

возмо}к;

ность

управлять

величинами--0@|0у и

-@|1ц)(1п%)'

поскольку

другие

параметрь|

обьтчно

3адань| в ках{-

дом

конкретном

случае. ||ервьтй

член

в вырах(ениц

(16)

о@/оу представляет интенсивность

теплоотвода

от конденсатора;

его

величина

дол)кна

бь:ть

большой.

[ак,

например,

оребренная

труба будет

предпочти-

24ё

360

Бцнерт

тельней

гладкой

при

прочих

равнь1х

условиях'

вь|со-

котемпературная

труба

х(идким

металлом

дол)кна

ре_

гулироваться

луч[ше'

чем

низкотемпературная

из_за бо-

лее

интенсивного

теплоотвода.

Бьтло

установлено'

что

второй ялен-(4|4у)(\п|')

приблизителБно

равен

А,||,_

отно!1]ению

площади

поперечного

сечения

парового

ка_

г'

}(анественная

зависимость

нала

объему

газового

резервуара.

Бпоследствии

мы

рассмотрим

конструкции|

для

которь]х

это

отношение

имеет минимальнь!е

3начения'

но

очевидно'

что

объем

резервуара

)келательно

иметь

больш_тим.

8лияние

интенсивности

теплоотвода

|1а

т||

0-за_

висим()сть

показано

на

фиг.

3. |(огда

граница

ра3дела

располагается

в области

.4,

интенсивность

теплоотвода

в области

границь!

раздела

очень

низка

(вследствие

изо.

ляции)'

рассматриваемая

3ависимость

булет

крттой.

<;б.пасти

(нормальнь:й

ре>ким

работьп)

зйачениё

ботоу

р;е./|ик0

(вследствие

оребрения),

ат"/ао

булет

постоян-

н(.),и

мал(). Ёаконец,

в области

зависимость

опять

ре3_

к0 выра)кена.

1акой

вид

@_зависимости

бь:л

йод-

0золяцшя

Рееулцрованце

температ!рьо

тепловьсмьт,

тр!бамш

36|

твер)кден

в экспериментальнь|х

исследован

иях

и будет

ещ19бсу>кдаться

(фиг.

7).

условия

для

умень11;ения

влияу1ия

как

колебаний

температурь|

холодного

источника' так

и переменного

потока

являются идентичнь|ми.

йллюстРацией

влияния

температурь1

холодного

источника

мо)кет слу>кить

про-

стой

пример.

|!редполо)ким'

что тепло

отводится

только

излучением

температура

и3лучателя

равна

темпера_

туре

пара:

0:еоА(т*_ть)'

0|^-|7о

"г-

\т;

(23)

(24)

соответствии

уравнением

(20)

температурная

чув_

ствительцость

для

этого

случая

будет

равна

4|"

!7'х3

7г'-:т+3

\т;

(25)

Рсли

!о

7,,

отно1пение (7

.|7")"

пренебрех<имо

мало

и-температура

пара

становится

нечувствительной

к колебаниям

(да>ке

случае

обьпчной-тепловой

тру-

бь:).

[|ри 7,

отно11|ение

,|[

")'

мо)кно

,р"",{,

равнь|м.

единице;

тогда

получим

ё7,:#ь

(26)

1аким

образом,

колебания

47'

умень1паются

.5)

аз.

пРАктичвскАя

констРукция

сАмоРвгулиРу|ощився

твпловь|в

тРуБь|

Рассмотрим

конструкции

тепловь!х

труб,

исполь3уе_

мь|х в

качестве

саморегулиР}ю1:{ихся

устройств.

|1ро_

с-тейшая

геометрия

таких

тепловь!х

труб

-',р"','

{ру_

ба

(ф''г.

4, а).

[аз

собирается

конца

трубь:

. з'"е

*Бй-

денсации.

!,анная

конструкция

часто

исполь3овалась

ранее'

однако

возмо)кности

регулирования

в этой

схе_

ме ограничень|'

йоскольку

имеющийся

газовь:й

объем

мал'

площадь

поперечного

сечения

парового

канала

относительно

велика.

Бнутренняя

вставка

умень1пает

площадь

парового

канала

(фиг.

4' б),

отногпенпе

|,| А,

24*