Книги по строительству и ремонту

Тепловые трубы

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Запуск тепловой трубы

Работу тепловой трубы в процессе запуска трудно рассчитать, и она может существенно меняться в зависимости от многих факторов. В работе [3-40] качественно было исследовано влияние рода рабочей жидкости, 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 изотермичности трубы видна на глаз).

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.

При достаточном количестве подводимой теплоты фронт с температурой 490°С в конце концов достигал конца конденсатора. Однако перед тем, как это происходило, на значительной части испарителя наблюдались температуры, превышающие 800°С. . После достижения конденсатором почти изотермического состояния его температура быстро возрастала, а очень горячая зона испарителя быстро охлаждалась, это говорило о том, что возврат рабочей жидкости в трубе действительно имел место. С этого момента тепловая труба работала нормально.

В ряде случаев в процессе запуска, когда плотность пара мала, а его скорость высока, возврат жидкости в испаритель может оказаться затрудненным. В конструкциях с открытыми каналами это происходит более часто по сравнению с трубами с пористыми фитилями.

В более поздней работе Ван Андела [3-41] были установлены некоторые количественные соотношения, помогающие определить условия, при которых успешный запуск трубы может быть осуществлен. Эти соотношения исходят из того, что кризис теплоотдачи из-за прекращения подпитки жидкостью не возникает, т. е. давление насыщения в зонах нагрева не будет превышать максимальный капиллярный напор. Если кризис теплоотдачи сможет произойти, то это приведет к осушению фитиля, препятствуя возврату рабочей  жидкости.

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 поддерживая ее все время в разогретом состоянии. В результате число запусков, уменьшается.  Время запуска  газорегулируемых тепловых труб (см. гл. 6) меньше.

В недавней работе Буссе [3-42] выполнен обстоятельный анализ характеристик тепловых труб. Им показано, что прежде чем будет достигнуто ограничение по скорости звука, т. е. прежде чем произойдет запирание трубы, можно столкнуться с вязкостным ограничением, которое в принципе отвечает области значительно менее интенсивных нагрузок.