Конденсаційна генерація тиску в літієвих контурних теплових трубах

Abstract

Звичайні і контурні теплові труби відносяться до найбільш ефективних способів передачі тепла від таких джерел, як активна зона ядерного реактора. Конвективні потоки маси і теплоти, утворені у випарнику, передаються конденсатору потоком пари робочої речовини, яка розширюється (v), і потім сконденсована рідина (l) повертається у випарник через вузькі пористі канали ґніту. Зміна капілярного тиску в ґноті вважається єдиним (крім опціонного впливу гравітації) рушійним фактором для повернення рідини і забезпечення стійкої роботи теплової труби. У даній статті обґрунтовується наявність додаткового рушійного фактора, так званого конденсаційного теплового насосу, у будь-яких реальних випарно-конденсаційних циклах при відносно невеликих перепадах температури і тиску. Це підтверджується детальним розглядом контурної теп­лової труби з літієвим теплоносієм та її термодинамічного циклу, який функціонує головним чином в області вологої та перегрітої пари. В роботі проведено аналіз способів передачі тепла від активної зони реактору, визначено обмежуючі фактори та наведено можливі шляхи їх усунення у реалізації малогабаритних потужних автономних джерел енергії. У згаданому контексті розглянуто особливості та переваги роботи контурних теплових труб у порівнянні з протиточними тепловими трубами і надана нова інтерпретація їх термодинамічного циклу. Вона заснована на результатах нещодавніх робіт [10-12], в яких обґрунтовується існування області гетерогенних станів перегрітої парової фази, так званої v-інтерфази. Показана асиметрія (незворотність) теплоти фазового переходу дозволяє ввести таке поняття, як конденсаційний тепловий насос в доповнення до капілярного насосу ґніту теплових труб. Запропоновано модифіковані способи оцінки оптимальних температур робочих циклів з урахуванням зазначених термодинамічних ефектів