热性能的不锈钢翻边管设计要求
热性能的不锈钢翻边管设计要求。
对不锈钢翻边管来讲,基本的热性能要求有工作温度范围、传热能力及热流密度、温度均匀性或总温降、动态特性。除此之外,还有尺寸、重量和几何形状方面的要求,以及力学环境、可靠性与寿命、安性、安装力面的要求等。下面先简略地讨论这些参数和要求对不锈钢翻边管设计的影响。在下一节中再详细讨论如何根据这些要求进行设计。
一、工作温度范围
它规定了不锈钢翻边管的最高使用温度和最低使用温度Tmtno这就限制了所用的工质及相应的管壳与管芯材料。工作温度必须在工质的临界点与凝固点之间,最好是在正常沸点(一个大气压下的沸点)附近。
二、热负荷及热流密度
热负荷的大小、数目及分布以及热源与冷源之间的距离决定了不锈钢翻边管的尺寸,管芯类型及所用不锈钢翻边管的数量。而热负荷变化幅度和所要求的控温范围决定了所用可变热导不锈钢翻边管的类型及贮气室尺寸。热流密度决定了工质及所用管芯的类型
三、温度均匀性及总通降
不锈钢翻边管内的温降主要由蒸发段和冷凝段的管芯结构和热流密度所决定,即式中A是蒸发(或冷凝乏段的换热系数,主要取决于管芯结构,与所用的工质也有一定的关系。因此温度均匀性或总温降的要求就决定了不锈钢翻边管蒸发段与冷凝段所需面积及管芯设计。
如果不锈钢翻边管作为等温化元件用于拉平温度,则往往是不锈钢翻边管蒸发段及冷凝段外壁与热源及冷源之间的外热阻起决定作用。因此不锈钢翻边管应尽可能地安装在靠近热源及冷源处,减小中间传热环节和路径长度,并尽盆减小接触面之间的热阻。同样的道理,在换热器中作为传热元件的不锈钢翻边管应加外肋,以减小外热阻。
四、动态特性
它包括不锈钢翻边管的起动特性及热负荷或冷x温度发生变化时的不锈钢翻边管响应特性。
对于常温不锈钢翻边管,由于工质在常温下是汽一液两相共存状态,因而起动比较容易。对于高温液态金属工质不锈钢翻边管,常温下工质是固态,起动时工质有一个熔化变为液态的过程。此外,在温度刚超过凝固点时,蒸汽密度极低,起动中容易出现声速限和携带限。因此在设计此类不锈钢翻边管时要考虑采取一定的措施,如在管内充入一定量的不凝气体或控制起动时的热负荷,帮助完成起动过程。对低温不锈钢翻边管,起动是从超临界状态开始的,有一个从超临界状态向两相共存状态转换的过程,在这个过程中,必须先致冷才能使不锈钢翻边管起动。
对可变热导不锈钢翻边管,动态特性的要求对设计有很大影响。例如采用热无芯贮气室的可变热导不锈钢翻边管是不允许贮气室内存有工质掖体
(详细情况见可变热导不锈钢翻边管这一章),因此在设计时就需考虑防止液体进入贮气室的措施,如在贮气室入口处放置阻挡液体进入的网塞,仅使蒸汽能够通过。或在贮气室与热誉之间用短而粗的连管连接,使得液体即使进入贮气室也能很快地扩散出去。
五、尺寸、重量和几何形状
这些限制对工质的选择、管材的选择、外形设计都有影响。选择传热性能高的工质及流动阻力小而毛细压大的管芯能够有效地减小不锈钢翻边管尺寸及重量。
六、力学环境
对不锈钢翻边管工作影响最大的力学环境是体积力场存在与否。今天介绍了这方面的情况。当不锈钢翻边管在体积力场中工作时,应尽可能地利用体积力帮助完成工质流体的循环。例如在地面上使用不锈钢翻边管时,在条件许可的情况下,应采用重力不锈钢翻边管工作方式,这样可以大大简化管芯设计,甚至不用管芯就能达到很高的传热能力,这样就使生产
工艺简化而成本大大降低。否则就需采用逆重力不锈钢翻边管,渗透不锈钢翻边管等,这些不锈钢翻边管的结构就要复杂多了。
其它的力学环境有振动、冲击等。它决定了管芯的选择以及不锈钢翻边管强度的设计。例如选用壁面稍遴管芯可经受住强烈振动,而某些干线管芯在强烈振动下会发生变形及位移,从而影响其性能,因此在此环境下工作的不锈钢翻边管应避免采用此类管芯。
七、可靠性与寿命
可靠性与管芯类型有很大关系,例如用金属网卷成网骨做千线的管芯由于存在自充满问题,以及对不凝气体的存在非常敏感,因而其可靠性较差。相比之下,轴向槽道不锈钢翻边管就要可靠得多。可靠性还包括性能的可预见性及复现性。多层网管芯在这方面就较差。它的温差与网层之间的贴紧程度有极大关系,在工艺上很难保证一致。而采用烧结工艺的管芯(烧结粉末、网、纤维等),性能复现性就较好。
不锈钢翻边管的寿命主要取决于所选材料与工质的相容性。可以说相容
性是保证不锈钢翻边管能长期工作的关键,必须引起不锈钢翻边管设计者的高度重视。影响不锈钢翻边管寿命的另一个因素是工质泄漏数,由于不锈钢翻边管中工质的数量一般是很少的,因此在长期间内即便是很杰的泄漏也会使不锈钢翻边管失效,因此需对管壁材料的焊接性能、焊接方法、检漏方法加以仔细考虑。
特殊要求
对某些特定的应用,还有一些特殊的要求。例如,许多电子元件散热用不锈钢翻边管要求采用电绝缘工质,典型的有某些行波管集电极散热用的热背。有的场合要求工质无毒、不易燃易爆。以防万一不锈钢翻边管
损坏而引起很大的灾害,典型的如载人飞船密封舱内的不锈钢翻边管,空调设备内用的不锈钢翻边管等。
九、安装要求
为了安装方便,或是连接相互之间有一定相对运动的热源与冷源,可以采用绝热段有挠性的不锈钢翻边管。为了适应安装需要,设计时对不锈钢翻边管外形要作适当考虑。
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