Пульсационные течения в паровом канале коротких низкотемпературных тепловых труб

Серяков Аркадий Владимирович, Специальное конструкторское технологическое бюро по релейной технике, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник,
г.Великий Новгород

                                                                                                                             УДК 536.248.2; 532.574.2.
Работа представляет собой часть комплексного расчетно-экспериментального исследования интенсификации теплопередающих характеристик тепловых труб (ТТ) низкотемпературного диапазона. При аксиальном направлении теплового потока на входе в ТТ, характерном для коротких ТТ, появляется возможность использования струйного парового сопла, аналогичного соплу Лаваля, и вытянутого  вдоль всей длины ТТ. Это увеличивает скорость течения, частоты пульсаций двухфазного потока пара и коэффициент теплопередачи ТТ.

Текучая паровая среда с микрокаплями конденсата является нелинейным объектом, течение которого сопровождается внутренними процессами межфазного тепломассообмена и диссипации энергии [1]. Восстановление статического давления пересыщенного парового потока в области конденсации тепловой трубы связано с торможением потока, возникновением сильной и нестационарной завихренности вблизи поверхности конденсации и возвратного течения пара. Процессы вихреобразования и пульсаций плотности и давления в паровом канале тепловых труб в зависимости от тепловой нагрузки определяют интенсивность конденсации и представляют большой интерес. Для экспериментального исследования этих процессов были изготовлены тепловые трубы из нержавеющей стали, с плоским капиллярно-пористым испарителем, с паровым каналом, выполненным в виде газодинамического конфузорно-диффузорного сопла, близкого к соплу Лаваля и окруженного слоем капиллярно-пористой вставки вдоль всей длиныТТ [2-4].

Рис.1, схема ТТ: 1-верхняя крышка; 2-цилиндрический корпус ТТ; 3-конический турбулизатор; 4-капиллярно-пористая вставка; 5-нижняя крышка; 6-инжекторные каналы; 7-капиллярно-пористый испаритель; 8,9-емкостные датчики, измеряющие толщину слоя жидкого конденсата.
Подробное описание датчиков будет приведено после оформления патентов. Капиллярно-пористые вставка и испаритель образуют единую гидравлическую систему доставки рабочей жидкости в испаритель. При осевом направлении теплового потока, типичном для коротких ТТ (не более 25-30 критических диаметров сопла), тонкий испаритель выполнен из слоев металлической сетки из нержавеющей стали толщиной 0.07 мм, с размером ячейки 0.04 мм, суммарной толщиной 3 мм, все слои приварены к плоской нижней крышке ТТ. Испаритель оснащен инжекторными паровыми каналами диаметром 1 мм, направленными под определенным углом к продольной оси ТТ и создающими закрутку потока пара при малых тепловых нагрузках. Длина тепловых труб 100 мм, диаметр 20 мм. В качестве рабочей жидкости ТТ выбран диэтиловый эфир C4H10O имеющий температуру кипения при атмосферном давлении TB =35.4°C, температуру замерзания TF = −116.2°C, и критические параметры TC =193.4°C, PC =3.61MPa.
Зоны конденсации ТТ снабжены измерительными термопарами и помещены в вихревой проточный калориметр Для более точного измерения тепловой мощности и интенсификации съема тепла ТТ, струйный поток входящей воды закручивают, величины скорости течения и завихренности спомощью воздушных пузырьков  фиксируют. Испаритель ТТ с помощью резистивного нагревателя подогревают и поддерживают при температуре, превышающей температуру кипения диэтилового эфира 35.4°С на величину перегрева δТ. Температура нагревателя стабилизирована, и величину перегрева испарителя ТТ устанавливают в диапазоне δТ = 0÷15К, при этом тепловая мощность единичной ТТ не превышает 150W.