ЗАПУСК
Тепловая труба на натрии с закрытым с торцов кольцевым каналом и работающим водяным калориметром позволила без особых трудностей провести пусковые испытания. Подводимая мощность постепенно повышалась. В газовом зазоре калориметра был аргон. На каждой ступени перед измерениями достигался установившийся режим по теплоподводу и температуре стенки тепловой трубы. На фиг. 3 изображена кривая, по которой можно проследить ограничение в тепловой трубе по звуковой скорости пара. Как видно из фигуры, температура на выходе из испарителя следует вдоль гладкой кривой до тех пор, пока пар не заполнит конденсатор, достигнув его выхода. Когда наступает этот момент, поверхность теплоотвода остается неизменной. Тогда при некотором приросте подводимого тепла температура на выходе из испарителя увеличивается в большей степени, чем в предыдущих режимах. Поскольку результирующая плотность пара при этом повышается, скорость пара на выходе из испарителя становится дозвуковой. Из фиг. 3 следует, что это явление наблюдается при температуре ~560 °С, но может наступить и при других температурах в зависимости от длины конденсатора и условий охлаждения [4]. Из фиг. 3 также видно, что максимальная температура в начале испарителя существенно превышает температуру на выходе до тех пор, пока поток является звуковым.
СТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ
Стационарный режим изучался на тепловой трубе с натриевым теплоносителем при подводимой тепловой мощности 6,4 кет. Нагрев производился с помощью индуктора-соленоида длиной 14 см. Температура измерялась в нескольких точках по оси для того, чтобы можно было контролировать изменение статического давления пара при различных условиях течения парового потока. Исследование было начато со смесью аргона и гелия в газовом зазоре калориметра, так как использование одного аргона приводило к чрезвычайно высокой рабочей температуре.
При температуре ~800 °С тепловая труба была почти изотермичной. Затем рабочую температуру снижали увеличением концентрации гелия в газовом зазоре. Было проведено 4 серии измерений при различных стационарных условиях. Результаты их представлены на фиг. 4.
Кривая А характеризует условия, при которых во всей системе пар имеет дозвуковую скорость. В начале испарителя скорость пара равна нулю (точка 1). В испарителе прибавляется масса пара и соответственно увеличивается его скорость, достигая максимальной величины на выходе из испарителя (точка 2). Когда пар входит в конденсатор (точка 3), масса его уменьшается и соответственно уменьшается скорость пара, в результате чего статическое давление возрастает (точки 3—8). В тех случаях, когда скорость пара во всей системе дозвуковая, изменение давления в конденсаторе передается к испарителю и таким образом давление в нем также меняется. Это видно из сравнения кривых Л и В на фиг. 4.
Кривая В характеризует условия, при которых скорость пара на выходе из испарителя звуковая, а во всех остальных частях трубы — дозвуковая. Теперь, если давление в конденсаторе уменьшается, в испарителе условия сохраняются неизменными. Это демонстрируется кривыми С и D. Также видно, что при конденсации некоторого объема пара поток не замедляется. Напротив, в некоторой части конденсатсра скорость становится сверхзвуковой (точки 3,4), а затем следует более резкое восстановление давления (точки 4, 5).
СВОЙСТВА ПАРОВОЙ ФАЗЫ
Результаты предыдущих испытаний приведены для того, чтобы объяснить использованную далее методику экспериментов. Эти результаты показывают, что значительный градиент температур развивается вдоль испарителя тепловой трубы в тех случаях, когда достигается звуковой предел (фиг. 3 и 4). Максимальная температура существует в начале испарителя. Температура, плотность и статическое давление пара в этом месте могут быть определены по измеренной температуре стенки, так как осевой поток пара здесь отсутствует. Такое определение было сделано в настоящем исследовании с использованием данных работы [7]. В остальных частях этой статьи приведены экспериментальные данные и расчет звукового предела в зависимости от максимальной температуры испарителя.
Минимальная температура в испарителе наблюдается на выходе. Здесь имеется распределение температур и плотности пара по радиусу, которое довольно сложно определить экспериментальным путем. Однако измеренную температуру стенки можно использовать для определения статического давления пара, так как радиальный профиль распределения давления оказывается, по-видимому, достаточно плоским по всей длине трубы.
