р рухається із зони нагрівання в зону конденсації, так як між цими зонами є деякий перепад тиску. Підвищений тиск в зоні нагріву - результат інтенсивного утворення пари при кипінні. Потрапляючи в зону конденсації, де температура нижча, пара конденсується, тобто перетворюється на більш щільну субстанцію - рідина, і тому в цій зоні тиск падає. Наявність такого постійно діючого перепаду тиску і забезпечує безперервне перетікання пара уздовж теплової труби. Очевидно, рух пари буде тим інтенсивніше, чим більше перепад тиску. Цей перепад буде тим вище, чим сильніше розрізняються між собою щільність насичують парів рідини при даній температурі і щільність самої рідини, тобто теплопередача буде ефективніше, якщо вираз буде наближатися до одиниці.
Розглянута вище якісна взаємозв'язок величини коефіцієнта теплопередачі теплової труби з основними параметрами, що визначають цей коефіцієнт, знаходить відображення в більш суворої аналітичної формулою:
при для теплової труби круглого перерізу.
Аналогічне співвідношення отримане також для теплової труби з плоским паровим каналом.
У наведеному співвідношенні використаний новий безрозмірний критерій, що носить ім'я відомого російського теплофізика М.В. Кірлічева:
,
де - прихована теплота випаровування, - питома теплоємність, - перепад температур уздовж теплової труби.
Величина коефіцієнта є функцією відношення довжини труби до граничної її величині і відносини температур:
.
Гранична довжина являє собою таку довжину труби, при якій здійснюється максимальна передача теплового потоку:
де - Діаметр парового каналу, - деякий коефіцієнт, значення якого лежать в межах 0-0,5 і залежать від ставлення.
Слід зазначити, що вищенаведені співвідношення отримані при деяких припущеннях. Зокрема, вважається, що протягом пари і рідини носить ламінарний характер, а сили інерції в порівнянні з силами в'язкості і відцентровими силами малі. Тим не менш, експериментальні результати досить добре узгоджуються з розрахованими цим шляхом параметрами.
Експериментальні дослідження показали, що можуть наступити умови, за яких температурне поле уздовж теплової труби виявляється все-таки нерівномірним. На малюнку 1.13 зображений типовий профіль температури уздовж центральної частини парового каналу, отриманий в скляній тепловій трубі діаметром 12 мм і довжиною 230 мм, заповненої водою. Легко бачити, що в зоні тепловідводу температура у всіх точках однакова. Але в зоні нагріву картина сильно залежить від ступеня заповнення внутрішнього об'єму труби рідиною. При цьому можна розрізнити три характерних режими роботи:
. Режим нормальної изотермичности роботи (малюнок 1.13 (а) заповнення 2,0 см 3 води). Кількість теплоносія знаходиться в повній відповідності з величиною переданого теплового потоку, тобто плівка рідини всюди покриває внутрішню поверхню труби, доходячи до самої нижньої точки зони нагріву.
. Режим недостатнього заповнення (малюнок 1.13 (б)). Температурне поле в зоні нагріву вкрай неоднорідне. Рідини явно не вистачає для покриття плівкою всій внутрішній поверхні труби. Ці оголені від плівки місця будуть, очевидно, перебувати в найгарячішою нижній частині труби в зоні нагріву. По дорозі до цих ділянок рідина повністю випаровується. Відсутність охолоджуючої стінку рідини миттєво позначається на температурному полі. У місцях, де немає плівки, спостерігається різкий перегрів, що приводить у високотемпературних трубах до прогорання стінки і виходу труби з ладу.
. Режим надлишкового заповнення (малюнок 1.13 (в)). На дні теплової труби весь час мається «калюжа», глибина якої збільшується в міру збільшення надлишку рідини. Вода в цій «калюжі» інтенсивно кипить, розбризкуючи краплі по найближчих стінок труби. Вся внутрішня поверхня труби, очевидно, повністю покрита плівкою. Температурне поле та умови теплопередачі з першого погляду дуже близькі до режиму нормальної роботи. Дійсно, зайве заповнення не настільки небезпечно, як недостатнє. Проте занадто велика кількість теплоносія небажано, оскільки можливий перепад температури по глибині «калюжі». Хоча величина цього перепаду, мабуть, не перевищує декількох градусів, на тлі «ідеальної» изотермичности всієї теплової труби він все-таки значний і повинен бути по можливості виключений.
Малюнок 1.13 - Залежність температурного поля уздовж теплової труби від ступеня заповнення теплоносієм
а - оптимальне заповнення, режим изотермичности роботи,
б - недостатнє заповнення, перегрів в зоні підведення тепла,
в-надлишкове заповнення, режим, близький до ізотермічного.
Очев...
