Книги по строительству и ремонту

Тепловые трубы

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Влияние неконденсирующего газа на рабочую жидкость в тепловых трубах переменной проводимости

Большинство теорий тепловых труб переменной проводимости основывается на допущении о существовании резкой границы раздела пар — газ и отсутствии диффузии между этими двумя областями. На практике подобная ситуация не имеет места, и в некоторых конструкциях диффузию следует учитывать.

Второе, более серьезное, явление, связанное с введением в тепловую трубу регулирующего инертного газа, проявляется при проникновении пузырьков газа через рабочую жидкость в фитиль.

Указанные два обстоятельства обсуждаются ниже. 6-8-1. Диффузия на границе раздела пар — газ. Ряд исследователей поставили под сомнение допущение о существовании резкой границы раздела между паром и газом в тепловых трубах, содержащих газ [6-3, 6-17]. Было показано, что в некоторых газорегулируемых тепловых трубах диффузионный перенос энергии и массы между паровым объемом и объемом, занятым неконденсирующимся газом, мог оказывать заметное влияние на теплообмен в граничной зоне и на распределение температуры вдоль тепловой трубы.

В работах Сомоги и Иена [6-18], а также Роухани и Тьена [6-19] представлен двумерный анализ пограничной зоны между газом и паром. Его можно использовать для исследования диффузии в этой области. Работы [6-18] и [6-19] показали, что снижение температуры стока приводило к уменьшению протяженности пограничной диффузионной зоны, длина которой может составлять 3—4 см. Коэффициент диффузии инертного газа оказывает влияние на протяженность диффузионной зоны. Газы с высокими коэффициентами диффузии менее желательны, поскольку их применение ведет к снижению максимальной теплопередающей способности тепловой трубы из-за уменьшения локальной температуры конденсатора. Необходимо отметить, что коэффициент диффузии обратно пропорционален плотности. Поэтому при низких рабочих температурах, особенно в процессе запуска тепловой трубы, диффузионная область может быть очень протяженной и играть большую роль. Это обстоятельство важно учитывать при любом анализе переходных характеристик.

6-8-2. Пузырьки газа в артериальных фитилях. Хотя простые тепловые трубы содержат только рабочую жидкость и дегазацией замораживанием жидкости (см. гл. 4) можно удалить любые растворенные газы, в тепловой трубе переменной проводимости инертный газ всегда присутствует. Если газ растворяется в рабочей жидкости или оказывается в виде пузырьков в артериях, транспортирующих жидкость, то это может отрицательно сказаться на характеристиках тепловой трубы.

Сааски [6-20] выполнил теоретическое и экспериментальное исследование растворимости газа в артериальных тепловых трубах в изотермических условиях. Им проанализировано влияние растворимости и коэффициента диффузии гелия и аргона в аммиаке, фреоне-21 и метиловом спирте.

Одним из существенных параметров, определенных Сааски, было время выхода пузырей из рабочей жидкости (т. е. время, необходимое для исчезновения пузыря).

Приведенное выше уравнение несправедливо, если давление' неконденсирующегося газа значительно больше  2GI/RO,  где  аг — поверхностное   натяжение   рабочей жидкости. Сааски утверждает, что время исчезновения пузыря газа линейно возрастает с давлением неконденсирующегося газа при прочих равных параметрах. Он показал, что, если в типичной газорегулируемой тепловой трубе давление гелия примерно равно давлению паров рабочей жидкости — аммиака, то время исчезновения пузырей может составить девять дней. Это очень большой срок по сравнению с ожидаемой продолжительностью переходного процесса в тепловой трубе переменной проводимости. При изменении рабочей жидкости и (или) регулирующего газа времена исчезновения пузырей могут все же остаться относительно большими.

Имея данные по времени исчезновения сферических пузырей, Сааски развил теорию на случай продолговатых пузырей, образование которых наиболее вероятно в артериях. Полученные им результаты приведены в табл. 6-3. В ней представлены полунериоды жизни продолговатых пузырей в артериях тепловых труб переменной проводимости при 20°С (радиус артерии 0,05 см, парциальное давление неконденсирующегося газа равно давлению паров).

Использованные для получения этих значений расчетные модели были подтверждены экспериментально. Был сделан вывод, что времена исчезновения столь велики, что восстановление полного заполнения артерии тепловой 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.

Коссон с сотрудниками [6-2]! указал на другой фактор, влияющий па работу тепловой трубы переменной проводимости, а именно на изменение давления в трубе из-за колебаний положения диффузионной зоны. Эти изменения давления того же порядка, что и капиллярный напор, и они могут вызвать вскипание пара в артерии, сопровождающееся вытеснением  из нее жидкости.

Для решения этой задачи, а также проблемы растворения пузырьков газа осуществлялось переохлаждение жидкости в артерии. С этой целью жидкость направлялась к стенке конденсатора, где она охлаждалась за счет стока теплоты перед тем, как возвратиться в испаритель. Как показывают результаты Сааски, снижение температуры жидкости уменьшает время исчезновения пузырьков.- Установлено также, что снижение температуры жидкости уменьшает чувствительность артерии к образованию пара, вызванному описанными выше пульсациями давления.

Таким образом, хотя присутствие инертных газов в тепловых трубах переменной проводимости создает определенные проблемы, имеется достаточно данных, которые позволяют конструктору свести к минимуму нежелательные эффекты.