ОБЩАЯ ТЕОРИЯ
Тепловая труба, рассмотренная в этой работе, представлена на фиг. 1. Предполагается, что сосуд Дьюара, открытый с обоих концов, является совершенным изолятором в радиальном направлении. Все тепло, подводимое в зоне нагрева, переносится по оси в низ сосуда Дьюара. Основной предмет исследования состоял в разработке методов для оценки характеристик фитиля и параметров течения внутри тепловой трубы.
Возможная тепловая нагрузка тепловой трубы зависит от следующих основных параметров потока: 1) капиллярного напора Д Рс, 2) падения давления в паре Д Pv; 3) потерь на трение при течении жидкости Д PL4) гидростатического напора Д Pg и 5) падения давления, обусловленного изменением количества движения Д Рт.
Обычно падение давления Д Рт оказывается незначительным [2] по сравнению с другими перепадами (пп. 1—4). С точки зрения баланса давлений уравнение для работающей тепловой трубы запишется следующим образом:
Другими словами, капиллярный напор должен быть достаточным, чтобы преодолеть потери давления, вызванные течением пара, трением при возвращении жидкости и изменением количества движения. Гидростатический напор может иметь как положительное, так и отрицательное значение, в зависимости от ориентации испарителя по отношению к конденсатору. Приведенная ниже теория частично рассмотрена в работе [3].
Капиллярный напор можно записать следующим образом:
Капиллярный напор достигает максимального значения в том случае, когда 0С = 90°, 0е = 0°, а не является действительным радиусом капилляра. Тогда
Потери давления, обусловленные потоком пара в тепловой трубе, могут быть определены на основе существующих теорий для ламинарного или турбулентного течения в трубах [4]. После расчета этих потерь давления оказалось, что они незначительны по сравнению с другими потерями давления в этой тепловой трубе. Для заданных геометрии и тепловых нагрузок, характерных для космических костюмов, этими потерями обычно можно пренебречь.
Предположим, что капиллярное течение в фитилях является ламинарным и не подвержено инерционным воздействиям. Тогда можно применить формулу Дарси для течения в пористой среде, что дает
Гравитационное поле может ускорять, замедлять или не оказывать влияния на течение жидкости в фитиле. Это влияние зависит от ориентации испарителя и конденсатора по отношению к направлению гравитационного поля. Уравнение, определяющее перепад давления в фитиле под действием гравитационного поля, имеет вид
В настоящей работе гравитационным воздействием на течение пара пренебрегали, поскольку плотность паров воды при температуре 26 °С приблизительно в 4000 раз меньше плотности жидкости. Исходя из условия, что поперечное сечение фитиля постоянно, падение давления за счет изменения количества движения жидкости можно записать в следующем виде:
Однако, поскольку эта величина обычно мала, в дальнейшем ею можно будет пренебречь. В анализируемой тепловой трубе, для того чтобы сделать этот член значительным, необходимо увеличить тепловую нагрузку на несколько порядков.
