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創刊時間:1985年
雜志開本:大16開

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一種鈉熱管的設計
雜志名稱:河南科技 投稿:河南科技雜志社
 

摘要:根據設計參數,設計了一種鈉熱管,并對該鈉熱管的毛細極限、傳遞的最大功率、雷諾數、沸騰極限、攜帶極限、充灌量、不凝氣體量及不凝氣體對熱管換熱量的影響等進行了驗算。結果表明:該鈉熱管的毛細極限、傳遞的最大功率、沸騰極限、攜帶極限均滿足設計要求。雷諾數為151.28<2300,流動為層流。充灌量和不凝氣體量分別為14.8g3.4×10-12g,不凝氣體對熱管的傳熱量幾乎沒有影響。

關鍵詞:鈉熱管;設計;驗算

熱管的傳熱量和表觀導熱系數,是最優良金屬導熱體的1001000[1],因此廣泛應用在空間技術、電子電器、能源動力、化工、輕工、冶金等領域。本文依據文獻[1-6]的方法,根據設計要求,設計了一種鈉熱管,并對其相關參數進行了驗算。這將為鈉熱管在工程中的加工及應用提供強有力的技術指導。

0 設計要求

設計初始假定工作溫度1500K,取熱管的外管徑為25.4mm,熱管的放置角度取70°,蒸發段位于冷凝段之上,管長取0.4m,蒸發段和冷凝段各取0.2m,設計傳熱的最大功率為215W

1 殼體材料

選用與鈉相容的鎳為殼體材料,取壁厚為1.65mm

2 熱管的聲速限

鈉熱管在1500K時,物理性質為

=3.577kJ/kg=2.425kg/m3=3.117×10-5Ns/m2=658 kg/m3

=1.2410-4 Ns/m2=33W/(mK)=8.2×10-2N/m

代入上如數據得到=1.21×10-4m

即只要蒸汽腔大于1.21×10-4m,即不會出現聲速極限。

3 吸液芯的選擇計算

根據熱管的工作狀況,決定選用鎳制卷制絲網吸液芯進行設計。

3.1吸液芯所需克服的液柱靜壓頭為

=2470N/m2

3.2選取絲網數目

根據文獻,可取,所以,可求得=3.3×10-5m

查表得到,對多層絲網可取,因此,求得=15152m-1,這相當與英制385目,取標準390目,換算成公制為=15354 m-1

3.3最大毛細力

,得==3.26×10-5m

絲網差生的最大毛細壓力為

=5031 N/m2

3.4吸液芯的滲透率

查表得卷繞絲網滲透率為,而

代入數據后,有=0.588=1.04×10-11m2

3.5吸液芯截面積

=9.23×10-5m2

吸液芯的厚度

=1.4×10-3m

3.6吸液芯的層數

已知絲徑=3.26×10-5m,而每層網厚為,故層數=21.4

取整為22層,故實際網厚=1.43×10-3m

實際蒸汽腔直徑為=-=1.8cm

4 驗算

4.1毛細極限和計算傳遞的最大功率

吸液芯實際厚度下的毛細極限為

=9.43×10-5m2

蒸汽摩擦系數

=1.39×10-3N/(m2W)

液體摩擦系數

=53.7 N/(m2W)

所以,=238.45 W >215 W

4.2核算雷諾數

=151.28<2300,流動為層流。

4.3核算沸騰極限

=40.8W/(mK)

所以,=37.13kW>215 W

4.4核算攜帶極限

對于絲網吸液芯,有=1.63×10-5m

所以,=71.09kW

4.5熱管的充灌量

=14.8 g

4.6真空度為時,不凝氣體量

=1500K=10- 6torr

=3.4×10-12g

4.7不凝氣體對熱管換熱量的影響

熱管的周長和蒸汽腔的橫截面積為

=7.98×10-2m

=2.54×10-4m

在最大傳熱負荷215W時,所需的冷凝段總長度可以計算如下:

蒸發段的蒸汽溫度=冷凝段的蒸汽溫度=1500K,假定管殼和浸滿液體芯的組合傳熱系數為568W/m2K

5 結論

根據設計參數,設計了一種鈉熱管,并對該鈉熱管的毛細極限、傳遞的最大功率、雷諾數、沸騰極限、攜帶極限、充灌量、不凝氣體量及不凝氣體對熱管換熱量的影響等進行了驗算。驗算結果表明:該鈉熱管的毛細極限、傳遞的最大功率、沸騰極限、攜帶極限均滿足設計要求。雷諾數為151.28<2300,流動為層流。充灌量和不凝氣體量分別為14.8g3.4×10-12g,不凝氣體對熱管的傳熱量幾乎沒有影響。

參考文獻

[1]S.W.紀著,姜章焰譯.熱管理論與實用[M].北京:科學出版社,1981,9.

[2]李婷寒,華誠生.熱管設計與應用[M].北京:化學工業出版社,1987,8.

[3]郎逵,喬中復,尚國森.熱管技術與應用[M].沈陽:遼寧科學技術出版社,1984,9.

[4]P. D.鄧恩, D. A. 雷伊著,周海云譯. 熱管[M].國防工業出版社,1982,2.

[5]莊駿,張紅.熱管技術及其工程應用[M].北京:化學工業出版社,2000,6.

[6]馬同澤,侯增祺,吳文銧.熱管[M].北京:科學出版社,1985,2(第二版).

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