Демонстрационная модель термосифона

Следующие рабочие жидкости, по-видимому, являются непригодными: вода (с нержавеющей сталью 321);

СР-32; СР-34; метиловый спирт; толуол (с алюминиевым сплавом 6061).

Джеррелс и Ларсон указывают, что в Лос-Аламос--ской лаборатории достигнут срок службы тепловой трубы, работающей на воде, превышающий 3000 ч без ухудшения характеристик трубы. Труба изготовлена из нержавеющей стали 347.

Согласно другим источникам [3-38] спирты в абщем случае непригодны для работы с алюминием.

По результатам анализа Джеррелса и Ларсона для паровых камер с корпусом, изготовленным из алюминия, при температуре менее 65°С, в качестве наиболее подходящей рабочей жидкости был рекомендован аммиак, а для температур более указанной -- пентан.

На другом конце температурной шкалы большие сроки службы тепловых труб были достигнуты при работе с литием или серебром в качестве рабочих жидкостей [3:5]. При изготовлении корпуса из сплава вольфрам-рений (W-26Re) полагали, что длительность работы тепловой трубы на литии составит много лет при температуре 1600°С. При 1700°С значительная коррозия наблюдалась после одного года эксплуатации, а при 1800°С срок службы составил всего лишь один месяц. Полагали, что тепловые трубы W-26Re-Ag могут работать при 2000°С в течение 1000 ч. Некоторые другие данные приведены в табл. 3-5.

Специально должен быть рассмотрен вопрос о методике ресурсных испытаний и правомерности экстраполяции полученных данных на период в несколько лет. Например, для труб, устанавливаемых на спутниках, где ремонт в случае аварии затруднен, если не невозможен, семилетний срок службы согласно требованиям Европейской космической исследовательской организации является стандартным минимумом. Поэтому необходимо уменьшить длительность проведения ресурсных испытаний, но так, чтобы надежность работы труб в течение длительного времени могла быть определена с высокой степенью точности.

Ресурсные испытания тепловых труб обычно прежде всего связаны с определением любой несовместимости рабочей жидкости с материалом фитиля или корпуса. Кроме того, полные ресурсные испытания должны включать в себя длительные исследования характеристик трубы в условиях, близких к рабочим. При выполнении подобных работ, однако, трудно добиться ускорения ресурсных испытаний, скажем, путем увеличения теплового потока в испарителе, поскольку любое существенное увеличение этого параметра может привести к осушению фитиля из-за работы трубы в режиме, существенно превышающем ее расчетные возможности. Поэтому любое ускоренное ресурсное испытание, которое предусматривает, скажем, четырехкратное увеличение теплового потока относительно номинального, должно выполняться в условиях обеспеченного за счет естественного слива возврата конденсата и сопровождаться систематическим -определением характеристик трубы с тем, чтобы иметь уверенность, что ее расчетная мощность все еще достигается.

Другая возможность уменьшения времени ресурсных испытаний заключается в ускорении любого процесса, ведущего к ухудшению характеристик трубы. Например, можно поднять рабочую температуру трубы, если конструкция испарителя допускает подобную операцию. Одной из теневых сторон этого метбда является возможность термического разложения самой рабочей жидкости. Например, в присутствии окислов металлов может произойти крекинг ацетона с образованием диацетонового спирта, имеющего значительно более высокую точку кйиения, нежели чистый ацетон.

Несомненно, что многие факторы должны быть учтены при подготовке программы ресурсных испытаний, включая такие вопросы, как наличие клапанов в опытной установке или обеспечение ее полной герметичности, характерной для реальных устройств

Рассмотрев всю информацию и учитываю все особенности и нюансы было принято решение использовать схему на основе стеклянной трубки ,и эфира без фитиля .

2.2 Разработка демонстрационной модели термостфона

За основу разработки демонстрационной модели гравитационной тепловой трубы положен дидактический принцип - наглядность. Базовый элемент термосифона стеклянная труба диаметром 8 мм, длиной 250 мм. Перед заправкой её активным веществом один из концов трубы заваривается газовой горелкой. Через второй - труба заполняется на 1 / 3 своего объёма рабочим веществом - эфиром. Уплотнённым концом труба опускается в горячую воду температурой 70-80?. Эфир закипает. Паровой столб поднимается до открытого конца. Этого достаточно, чтобы уплотнить второй конец трубы эпоксидным герметикам «Алмаз». Трубу извлекают из сосуда с горячей водой и дают остыть. Через 4 часа термосифон готов к работе.

Термосифон: 1 -- корпус; 2 -- капиллярная структура; 3 -- пар; 4 -- объем с кипящей жидкостью; 5 -- конденсат.

Такой термосифон запускается от тепла руки человека. В зависимости от подогрева камеры парообразования можно в видимом формате проследить все этапы кипения и конденсации. Динамику распространения парового столба можно проследить с помощью жидких кристаллов, что позволит в дальнейшем провести расчётные действия по изучению характеристик термосифона. Особенностью термосифона является то, что он работает только в вертикальном положении или под небольшим углом относительно вертикали.

Перенос порций тепловой энергии пузырями хорошо просматриваются, если снизу сделать подсветку лампочкой накаливания 6,3 В, которая в лекционных условиях обеспечитподогрев камеры парообразования от выпрямительного устройства на 6.3В.

Для достижения наибольшей наглядности принципов работы тепловой трубы нами выполнен термосифон в виде плоской стеклянной капсулы. За основу взяты покровные стёкла от биологического микроскопа размером 23х70х1мм.

В предлагаемых вариантах демонстрационного термосифона на температуру 29-36 при демонстрациях необходимо соблюдать указанный диапазон температур. Перегрев возможен до 80, но в кратковременном режиме с соблюдением техники безопасности.

Заключение

Благодаря своей наглядности, простоты изготовления и использования данная демонстрационная идеально подходит для изучения законов теплообмена и терморегуляции в лабораторных и лекционных условиях.

Предлагаемый термосифон апробирован в лабораторных и лекционных условиях.

Библиографический список

1) Стулов В.В., Оглоблин Г.В Об эффективности теплообмена при охлаждении элементов технологического оборудования в рамках проблемы безопасности. Известия ВУЗов. Чёрная металлургия.№2.2012.С.12-17

2) Безродный М.К. О верхней границе максимальной теплопередающей способности испарительных термосифонов. - Теплоэнергетика, 1977, № 3, с.75-77

3)Дудник Н.М., Гаряев А.Б. Моделирование процесса пленочной конденсации пара из парогазовых смесей различного состава на наружной поверхности вертикальных труб теплообменного аппарата// Теплоэнергетика.- 2010.- №6.- с.63-68.

4) Антуфьев В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. M., JL: Энергия, 1966. - 181 с.

5) A.c. 1000726, МКИЗ 15/02 Способ контроля качества тепловой трубы. /, Конев C.B., Молодкин Ф.Ф. 4014878/24-06;

6) A.c. 1010437 МКИЗ 15/00 Способ изготовления термосифона / Суладзе Т.Ш., Явношан Ф.В., Федоренко P.A. 3759009/24-06; Заявлено 25.06.84; Опубл. 15.04.86.

7) A.c. 987334, МКИЗ 45/00 Способ изготовления тепловой трубы / Гайгалис В.А., Эва В.К., Асакавичус Й.П. 4073526/24-06; Заявлено 09.04.86; Опубл. 30.05.88.

Размещено на Allbest.ru