ПЕРЕПАД ДАВЛЕНИЯ В ПАРОВОМ ПОТОКЕ
Течение пара в тепловой трубе характеризуется подводом массы в области испарения и отводом массы в области конденсации. Появление осевого градиента давления в паровом потоке обусловлено тремя причинами: наличием магнитного поля, вязкостными эффектами, а также изменением количества движения в связи с подводом или отводом массы.
При обычных рабочих температурах и давлениях, имеющих место в тепловых трубах, использующих металлические рабочие жидкости, влияние магнитного поля на течение пара и перепад давлений в паровом потоке пренебрежимо мало. Однако если тепловые трубы, использующие в качестве рабочей жидкости щелочные металлы, будут работать при высоких температурах (по-видимому, значительно выше 2000 °К), то в этом случае электропроводность паров металлов может стать достаточно высокой и эффекты, связанные с действием магнитного поля и аналогичные возникающим в потоке жидкости, могут оказаться существенными. Так как рассматриваемые тепловые трубы работают в области температур порядка 1000 °К, влиянием магнитного поля на течение пара можно пренебречь.
Между двумя другими эффектами существует определенная связь, так как вследствие подвода или отвода массы от потока пара изменяются профили скорости, а следовательно, и вязкостные касательные напряжения на стенке. Имеется ряд очень хороших экспериментальных данных, полученных Олсоном и Эккертом [11] при турбулентном течении в трубе со вдувом. Опыты были проведены как при наличии на входе полностью развитого турбулентного потока, так и при нулевой скорости течения на входе (второй случай весьма напоминает картину, наблюдаемую на участке испарения тепловой трубы). Соответствующие данные представлены на фиг. 6, где показана зависимость безразмерного градиента давления от отношения местной скорости вдува на стенке vw к средней местной осевой скорости и. При значениях vju, больших 0,005, преобладает влияние изменения количества движения и опытные точки стремятся к асимптотической прямой, наклон которой равен ~ 17,5.
Точное решение уравнений Навье — Стокса для ламинарного течения приводится в работе Найта и Мак-Интира [12]. Для предельного случая преобладающего влияния изменения количества движения ими получены следующие выражения Для осевого градиента давления при течении между полубесконечными параллельными пористыми пластинами при равномерной скорости вдува или отсоса:
в случае вдува
На фиг. 6 дается сравнение приведенного к безразмерному виду уравнения (3) с опытными данными. При этом нужно оговориться, что уравнение (3) справедливо для случая вдува в ламинарный поток, а опыты проводились при турбулентном.течении. Как видно и из фиг, 6, в диапазоне 0,005 < vju < 0,03 расчетные значения для ламинарного течения очень близко совпадают с экспериментальными данными для турбулентного потока. Однако не ясно, почему эти две кривые расходятся при больших vju, поскольку есть основания ожидать, что расхождения между двумя типами течения в области преобладающего влияния изменения количества движений должны исчезнуть.
В приведенных ниже примерах будем предполагать, что теория ламинарного течения дает хорошее приближение для расчета перепада давлений в паровом потоке. В этом случае в результате интегрирования уравнений (3) и (4) получаются следующие соотношения для перепада давлений: зона испарения
