ВВЕДЕНИЕ
Тепловая труба, в которой используется капиллярный напор для перемещения рабочей жидкости, а тепло переносится потоком пара, обеспечивает перенес значительных количеств тепла. Хотя размеры и ферма системы на практике довольно произвольны, ее работу лучше всего рассмотреть на примере простой цилиндрической конструкции, состоящей из закрытой на торцах трубы, внутри которой размещен фитиль из тонкой сетки. Жидкая фаза рабочей жидкости и паровая фаза могут свободно перемещаться в своей зоне; в то же время происходит непрерывное взаимодействие между поверхностью жидкости и паром на всей длине трубы. На одном конце труба подвергается нагреву, а на другом — охлаждению. В этих условиях устанавливается противоточная циркуляция пара и жидкости, сопровождаемая испарением или конденсацией рабочей среды на поверхности раздела фаз. Однако из-зоны нагрева поступает результирующий поток пара. Некоторый избыточный поток пара поступает в зону охлаждения и конденсируется на фитиле, выделяя при этом скрытую теплоту испарения. Тепло отводится в окружающую среду через фитиль, насыщенный жидкостью, и стенку трубы, конденсат же поглощается фитилем и возвращается в зону нагрева.
Тепловая труба обладает многими преимуществами как система с очень высокой теплопроводностью [1, 2] однако она имеет ряд ограничений, связанных с достижением паровым потоком звуковой скорости, со срывом жидкости потоком пара, с капиллярным напором и кипением в насыщенном фитиле [3, 4]. Влияние этих ограничений на теплспередающие возможности тепловой трубы с жидкометаллическим рабочим телом показано на фиг. 1. Ограничение, по скорости звука (кривая 1—2) не зависит от конструкции фитиля, в то время как другие ограничения существенно зависят от его конструкции [5, 6].
В настоящей работе изучены ограничения по скорости звука для натрия, калия и цезия, для того чтобы показать зависимость этих предельных характеристик от рабочей температуры и свойств рабочей жидкости. Так как тепловые трубы работают обычно в практически изотермичных условиях, особое внимание было обращено на довольно высокие температурные градиенты, которые возникают, когда поток достигает скорости звука. Ограничения по капиллярному напору, обнаруженные в предыдущих работах [5, 6], были преодолены за счет использования конструкции тепловой трубы, включающей два цилиндра. Внутренний цилиндр, имеющий очень маленькие отверстия (поры), служит каналом для прохода пара, а кольцевой зазор между внутренним пористым цилиндром и внешней трубой (контейнером) — для возврата жидкости. Было показано, что если кольцевой зазор полностью заполнен жидкостью и закрыт с обоих торцов, то капиллярный напор зависит от размера пор внутренней трубы.
