ВВЕДЕНИЕ
Принцип действия тепловой трубы основывается на открытии Гауглера [1], сделанном им в 1942 г., которое, однако, было забыто и затем вновь открыто только в 1963 г. Вайаттом [2] и в 1964 г. Гровером, Готтером, Эриксоном [3] и Девереллом, Кемме [4] в связи с исследованием проблемы отвода тепла в космических аппаратах. Тепловая труба представляет собой замкнутую, как правило почти изотермическую, систему, в которой теплота отводится из зоны нагрева при помощи испарения теплоносителя и вновь выделяется при конденсации в зоне охлаждения. Конденсат возвращается к испарителю через капиллярную структуру фитиля под действием капиллярного напора.
Для обеспечения стационарного круговорота суммарный перепад давления вдоль линии тока в паровом и жидкостном потоках не должен превышать капиллярную разность давления, соответствующую геометрическим размерам капилляров. Наряду с этим при выборе тепловых труб следует иметь в виду еще четыре ограничения возможной величины переноса тепла: критическую плотность тепловых потоков в зоне нагрева, достижение скорости звука в паре, обратное действие парового потока на жидкость в фитиле и совместимость теплоносителя с материалом стенки или фитиля.
Вначале тепловые трубы вызывали интерес как средство переноса тепла главным образом в области температур Ю00—2000 °К, в которой в качестве теплоносителя могут применяться только жидкие металлы. Вследствие того что они обладают сравнительно высокой теплопроводностью и значительным перегревом при кипении, проблеме образования пузырей в фитиле до сего времени уделялось мало внимания. Однако, если в качестве теплоносителя используются вода, спирты или хладагенты, приходится считаться с образованием пузырей даже при малых перегревах стенки. В настоящей работе поэтому рассматривается вопрос о том, при каких условиях можно допускать образование пузырей, т. е. какие имеются конструктивные возможности для предотвращения роста пузырей и тем самым высыхания фитиля. Только после решения этого вопроса могут быть достигнуты высокие тепловые нагрузки поверхности нагрева при температурах ниже 500 °К.
До настоящего времени этой проблеме посвящена только работа Кунца и др. [5]. В ней рассматривается кипение воды на обогреваемой стенке, поверхность которой покрыта тонким слоем насыщенной капиллярной структуры. Приведенные в работе результаты измерений содержат важные сведения о механизме кипения в фитиле тепловых труб (см. разд. 3.7.1).
Даже приближенный предварительный расчет максимальной тепловой нагрузки поверхности нагрева при кипении в фитиле возможен только в том случае, если можно пренебречь влиянием образования пузырей, так как это влияние нельзя оценить даже в грубом приближении. Здесь следует упомянуть, что сами критические тепловые нагрузки поверхности нагрева при пузырьковом кипении на плоских, гладких стенках зачастую могут ыть указаны только с погрешностью ±100%. Поэтому созданию основ расчета должны предшествовать прежде всего многочисленные направленные эксперименты.
В проведенных в настоящей работе экспериментах основной целью было установить качественно, затрудняется или, быть может, совсем прерывается перетекание жидкости в открытых канавках вследствие образования пузырей и каких перегревов стенки следует ожидать при кипении в насыщенных капиллярных структурах. Кроме того, была поставлена задача проверить возможность достижения высоких тепловых нагрузок поверхности нагрева путем применения конструктивного принципа, заложенного в основу канальных тепловых труб с резьбой.
