一种钠热管的设计
摘 要:根据设计参数,设计了一种钠热管,并对该钠热管的毛细极限、传递的最大功率、雷诺数、沸腾极限、携带极限、充灌量、不凝气体量及不凝气体对热管换热量的影响等进行了验算。结果表明:该钠热管的毛细极限、传递的最大功率、沸腾极限、携带极限均满足设计要求。雷诺数为151.28<2300,流动为层流。充灌量和不凝气体量分别为14.8g,3.4×10-12g,不凝气体对热管的传热量几乎没有影响。
关键词:钠热管;设计;验算
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.220
热管的传热量和表观导热系数,是最优良金属导热体的100~1000倍[1],因此广泛应用在空间技术、电子电器、能源动力、化工、轻工、冶金等领域。本文依据文献[1-6]的方法,根据设计要求,设计了一种钠热管,并对其相关参数进行了验算。这将为钠热管在工程中的加工及应用提供强有力的技术指导。
0 设计要求
设计初始假定工作温度1500K,取热管的外管径为25.4mm,热管的放置角度取70°,蒸发段位于冷凝段之上,管长取0.4m,蒸发段和冷凝段各取0.2m,设计传热的最大功率为215W。
1 壳体材料
选用与钠相容的镍为壳体材料,取壁厚为1.65mm。
2 热管的声速限
钠热管在1500K时,物理性质为=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,代入上如数据得到=1.21×10-4m。
即只要蒸汽腔大于1.21×10-4m,即不会出现声速极限。
3 吸液芯的选择计算
根据热管的工作状况,决定选用镍制卷制丝网吸液芯进行设计。
(1)吸液芯所需克服的液柱静压头为
=2470N/m2
(2)选取丝网数目。根据文献,可取,所以,可求得=3.3×10-5m。
查表得到,对多层丝网可取,,因此,求得=15152m-1,这相当与英制385目,取标准390目,换算成公制为=15354 m-1。
(3)最大毛细力。由,,得==3.26×10-5m。丝网差生的最大毛细压力为=5031 N/m2。
(4)吸液芯的渗透率。查表得卷绕丝网渗透率为,而,代入数据后,有=0.588,=1.04×10-11m2。
(5)吸液芯截面积。
=9.23×10-5m2。
吸液芯的厚度。=1.4×10-3m。
(6)吸液芯的层数。已知丝径=3.26×10-5m,而每层网厚为,故层数=21.4。取整为22层,故实际网厚=1.43×10-3m。实际蒸汽腔直径为=-=1.8cm。
4 验算
(1)毛细极限和计算传递的最大功率。吸液芯实际厚度下的毛细极限为=9.43×10-5m2。蒸汽摩擦系数。=1.39×10-3N/(m2W) 。液体摩擦系数。=53.7 N/(m2W),
所以,=238.45 W >215 W。
(2)核算雷诺数。=151.28<2300,流动为层流。
(3)核算沸腾极限
=40.8W/(mK),
所以,=37.13kW>215 W。
(4)核算携带极限。对于丝网吸液芯,有=1.63×10-5m,
所以,=71.09kW。
(5)热管的充灌量。=14.8 g。
(6)真空度为时,不凝气体量。取=1500K,=10- 6torr,=3.4×10-12g。
(7)不凝气体对热管换热量的影响。
热管的周长和蒸汽腔的横截面积为=7.98×10-2m,=2.54×10-4m。在最大传热负荷215W时,所需的冷凝段总长度可以计算如下:
蒸发段的蒸汽温度=冷凝段的蒸汽温度=1500K,假定管壳和浸满液体芯的组合传热系数为568W/m2K。
5 结论
根据设计参数,设计了一种钠热管,并对该钠热管的毛细极限、传递的最大功率、雷诺数、沸腾极限、携带极限、充灌量、不凝气体量及不凝气体对热管换热量的影响等进行了验算。验算结果表明:该钠热管的毛细极限、传递的最大功率、沸腾极限、携带极限均满足设计要求。雷诺数为151.28<2300,流动为层流。充灌量和不凝气体量分别为14.8g,3.4×10-12g,不凝气体对热管的传热量几乎没有影响。
参考文献:
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