鈉熱管設(shè)計參數(shù)

殼體材料

聲限速

吸液芯所需克服的液柱靜壓頭

選取絲網(wǎng)數(shù)目

最大毛細力

吸液芯的滲透率

吸液芯截面積

吸液芯的層數(shù)

鈉熱管測試試驗裝置與測試系統(tǒng)

鈉熱管由不銹鋼材料制成，直徑為25mm,熱管總長為100mm，管內(nèi)有吸液芯，并有中心管，充液量為90g蒸發(fā)段長度為570mm,絕熱段長度為210mm，冷凝段長度為220mm,。鈉熱管測試的試驗裝置，如圖《實驗裝置》所示 。

該系統(tǒng)的加熱爐為一硅碳棒的爐最絕熱熱管是一種利用封閉在管內(nèi)的介質(zhì)反復(fù)進行物理相變來傳遞熱量的高效傳熱元件(裝置)。以鈉為工質(zhì)，工作溫度在750K以上的熱管稱為高溫鈉熱管，鈉熱管經(jīng)常應(yīng)用在航天、民用工業(yè)和國防工業(yè)等領(lǐng)域。

鈉熱管在其應(yīng)用過程中將遇到這樣的問題:即在起動過程中，由于鈉的蒸汽壓較低。鈉熱管很容易由于流體質(zhì)量和速度的不斷增加，而在其加熱段出口流體流動速度達到聲速。在此情況下，流體流動所能攜帶的熱量達到極限，即熱管的聲速限。這時即使改變冷卻段的冷卻速率，鈉熱管所能傳遞的熱量也不會增加。以前，美國等一些國家的科學家對鈉熱管的聲速已進行了一些研究。

1965年，Cotter把蒸汽的軸向流動視為不可壓縮層流流動。且在一維情況下進行研究。

1968年，Levy EKZ對蒸汽模型進行了改進，把蒸汽流作為可壓縮的一維流動進行研究，給出　的結(jié)論是:利用干飽和理想氣體模型計算聲速限可以得到較為理想的結(jié)果。1971年Busse CACa除了考慮蒸汽流動參數(shù)的軸向變化以外，還考慮了它的徑向變化。Busse將蒸汽的狀態(tài)用干飽和理想氣體方程來描述;同時根據(jù)所研究熱管的加熱段比較短這一情況，假設(shè)加熱段的蒸汽是等溫的。

鈉熱管是指以液態(tài)金屬鈉作為工作介質(zhì)的高溫熱管。液態(tài)金屬鈉具有許多優(yōu)點，如在高溫下具有很好的穩(wěn)定性，飽和蒸汽壓低，汽化潛熱高，導熱性好 。自1963年美國的Los-ATlOS科學實驗室的Grover和他的同事們　首次報道了鈉熱管成功地工作以來，鈉熱管的究與應(yīng)用都取得了很大進展。在航天國防、新能源、核工業(yè)、冶金、化工、石油化工、水泥、陶瓷等工業(yè)中都有著許多重要的應(yīng)用。隨著研究工作的深入，鈉熱管具有廣闊的應(yīng)用前景本試驗主要是對一鈉熱管進行性能測試，研究其工程應(yīng)用的可行性，為鈉熱管工程實際應(yīng)用提供參考數(shù)。

氣控熱管內(nèi)工質(zhì)為高純鈉。為了滿足高溫要求以及與工質(zhì)相容性原則，并保證熱管的強度、剛度和抗腐蝕性，筒體材料采用耐高溫不銹鋼。為了保證熱管的性能，筒體內(nèi)壁及溫度計阱均覆蓋不銹鋼絲網(wǎng)。熱管上部外側(cè)伸出的支管與氣路連接，支管上部外表面安裝冷卻水套。熱管加熱爐分上下兩段，采用鎳鉻爐絲繞制 。上下爐分別用島電SR23和FP23溫控模塊控制，控溫精度為0.1℃。

我國研制成功氣控鈉熱管系統(tǒng)

日前，我國首套擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的氣控鈉熱管系統(tǒng)在中國計量科學研究院研制成功，并通過國家質(zhì)檢總局組織的專家鑒定。這標志著我國掌握了氣控鈉熱管研制的關(guān)鍵技術(shù) 。

氣控熱管技術(shù)主要應(yīng)用在航天飛行器如太空空間站、航天飛機內(nèi)邵溫度的準確控制，以及溫度計量領(lǐng)域高精度的溫度復(fù)現(xiàn)。氣控鈉熱管在600℃一1000℃能夠提供均勻、穩(wěn)定的溫度環(huán)境，在溫度計量領(lǐng)域用來校準高溫鉑電阻溫度計和熱電偶、研究ITS-9n國際溫標的非唯一性和非一致性、以及絕熱量熱法復(fù)現(xiàn)ITS-9n國際溫標的銀、鋁凝固點，顯著提高固定點的復(fù)現(xiàn)水平。 僅有意大利、法國和加拿大開展了此方面研究。中國計量科學研究院于2nm年開展了氣控鈉熱管的研究，自主建立了我國首套擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的氣控鈉熱管系統(tǒng)，氣控鈉熱管的研究也取得了突破性進展。

據(jù)課題負責人、中國計量科學研究院副研究員閏小克介紹，國際上通行的控制方案是“壓力控制與功率相結(jié)合”，而課題組提出“高精度壓力控制和溫度控制相結(jié)合”的新控制策略，實現(xiàn)了氣控鈉熱管高準確度的溫度復(fù)現(xiàn)，可顯著提高氣控鈉熱管溫度均勻性和穩(wěn)定性技術(shù)指標。

在111250Pa動態(tài)控壓時，氣控鈉熱管溫度計阱內(nèi)垂直溫度場均勻性及穩(wěn)定性分別為±0.16mK和±0.21 mK，技術(shù)指標達到了國際領(lǐng)先水平。此前國際上公開發(fā)表的氣控鈉熱管溫度均勻性與穩(wěn)定性的技術(shù)指標的最高水平，是意大利計量院的±0.5mK.利用氣控鈉熱管開展準絕熱法復(fù)現(xiàn)ITS-90國際溫標銀、鋁凝固點的前沿研究，可進一步提高我國ITS-90國際溫標的復(fù)現(xiàn)水平，保證溫度量值的國際等效性和國內(nèi)溫度量值的準確傳遞。

中溫熱管簡介

利用封閉在管內(nèi)的特定工質(zhì)反復(fù)進行物理相變或化學反應(yīng)來傳遞熱量的一種導熱性極好的傳熱器件 。中溫熱管換熱器內(nèi)中溫段熱管一般選萘或N-甲基吡咯烷酮為其管內(nèi)工質(zhì) 。

中溫熱管分類

依工作溫度范圍的不同，熱管可以分成深冷、低溫、中溫和高溫等幾種：

(1) 深冷熱管： 工作溫度范圍為0～200K，工作介質(zhì)可用純化學元素物質(zhì)，如氦、氬、氮、氧等，或化合物，如乙烷、氟利昂等。

(2) 低溫熱管： 工作溫度范圍為200～550K，工作介質(zhì)可用氟利昂、氨、酒精、丙酮、水及有機物。

(3) 中溫熱管： 工作溫度范圍為550～750K，工作介質(zhì)有導熱姆、萘、水銀等。

(4) 高溫熱管： 工作溫度在750K以上，工作介質(zhì)為鉀、鈉、鋰、鉛、銀等液態(tài)金屬 。

中溫熱管熱管壽命

影響熱管壽命的因素很多，但主要是熱管的不相容性。造成熱管不相容的主要形式有以下三個方面:產(chǎn)生不凝性氣體；工作液體性質(zhì)惡化；管套材料的腐蝕、溶解。通過合理選擇熱管的管材、工作液體、吸液芯結(jié)構(gòu)等可使熱管長期有效地服役于其工作溫度范圍,從而提高其使用壽命 。

中溫熱管工作原理

由于熱管是通過工作介質(zhì)的相變吸熱和放熱來傳遞熱量，并可在管中充少量惰性氣體，通過壓力變化以調(diào)節(jié)冷凝段的傳熱面積，因此熱管具有以下特性；①高的傳熱能力；②高的等溫性；③具有變換熱流密度的能力；④具有恒溫特性 (可控熱管) 。

貼近管內(nèi) 壁處裝有由多孔材料構(gòu)成的毛細結(jié)構(gòu)，稱為“吸液芯”，管中則充入少量液態(tài)工質(zhì)(如水、普通制冷劑、液態(tài)金屬鈉、鋰等)。當其一端受熱而另一端被冷卻時，液態(tài)工質(zhì)便在蒸發(fā)段中蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)絕熱段流向另一端后，被冷凝成液體同時放出汽化潛熱，而凝結(jié)液通?？山杳?細作用重新滲回加熱端。如此循環(huán)不已，從而將熱量不斷地從加熱端傳至冷卻端。熱管兩端都發(fā)生物質(zhì)的相變，相應(yīng)的對流換熱熱阻均甚小，故在同樣大小溫度差下所傳遞 的熱量可比相同尺寸的銅棒大數(shù)十 至數(shù)千倍。熱管不僅構(gòu)造簡單、重 量輕、無噪音、可變換熱流密度、充入適量惰性氣體后可自動控制溫度，而且管內(nèi)不同截面上的溫度相差不大，有良好的等溫性，因而具有多方面的用途 。

中溫熱管研究歷史

熱管原理最早由美國人R.S.高格勒 (RichardSlechrist Gaugler) 于1942年提出。1964年美國科學家G.M.格羅弗 (George Maurice Grover)等獨立地提出并制造了類似的元件，取名為“熱管”，并首先用于航天飛行器。70年代為了將熱管技術(shù)用于地面工業(yè)，發(fā)展了不用毛細多孔材料而利用重力使液體從冷凝端流回蒸發(fā)端，從而簡化了結(jié)構(gòu)，降低了成本。熱管中的毛細多孔材料除去，將蒸發(fā)段置于冷凝段的下方即成重力熱管或稱閉式兩相熱虹吸管 。熱管的概念是本世紀40年代提出的，60年代初制成了第1個實用熱管。由于它顯示出極高的導熱特性引起了普遍地重視，熱管問世不久便在電子、宇航等領(lǐng)域被用來冷卻電子元件、電機轉(zhuǎn)子等發(fā)熱元器件，并在回收余熱、預(yù)熱空氣、貯存能量和給水等節(jié)能領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前，熱管的理論日臻完善；它在許多方面的實際應(yīng)用表明，熱管技術(shù)是很有發(fā)展前途的 。

我國70年代初開始制造熱管，并收到了較好的節(jié)能效果。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，這種高效傳熱的設(shè)備、器件必定在許多工藝過程中得到更廣泛的應(yīng)用 。

國外最早的高溫熱管被應(yīng)用于空間技術(shù)上。1970年美國RCA首次用100根高溫熱管排成一個寬65 cm，高108 cm的方陣，制成了一種空間輻射器，這種熱管輻射器可帶走50 kW熱量，能減輕因流星損傷而引起的載熱體的泄漏。后來高溫熱管開始逐漸向其他領(lǐng)域不斷滲透。

我國高溫熱管的應(yīng)用研究始于1978年，中國科學院力學研究所首次成功地研制成功了外延爐等溫熱管，采用高溫鈉熱管作為等溫元件，用于半導體材料生產(chǎn)中的一種摻雜工藝，使這種管式爐的等溫精度從原來的± 0.1℃提高到±(0.02～ 0.03)℃，等溫性能獲得了很好的改進，爐子的使用壽命也明顯提高。

鈉燈低壓鈉燈

低壓鈉燈的工作蒸氣壓不超過幾個帕。低壓鈉燈的放電輻射集中在589.0納米和589.6納米的兩條雙D譜線上，它們非常接近人眼視覺曲線的最高值（555納米），故其發(fā)光效率極高，目前已達到200流每瓦（lm/W），成為各種電光源中發(fā)光效率最高的節(jié)能型光源。

低壓鈉燈是利用低壓鈉蒸氣放電發(fā)光的電光源，在它的玻璃外殼內(nèi)涂以紅外線反射膜，是光衰較小和發(fā)光效率最高的電光源。低壓鈉燈發(fā)出的是單色黃光，用于對光色沒有要求的場所，但它的“透霧性”表現(xiàn)得非常出色，特別適合于高速公路、交通道路、市政道路、公園、庭院照明，能使人清晰地看到色差比較小的物體。低壓鈉燈也是替代高壓汞燈節(jié)約用電的一種高效燈種，應(yīng)用場所也在不斷擴大。

低鈉燈sodium，lamp利用鈉蒸氣放電產(chǎn)生可見光的電光源。鈉燈又分低壓鈉燈和高壓鈉燈。低壓鈉燈的工作蒸氣壓不超過幾個帕。低壓鈉燈的放電輻射集中在589.0納米和589.6納米的兩條雙D譜線上， 它們非常接近人眼視覺曲線的最高值（555納米），故其發(fā)光效率極高，已達到200流每瓦（lm/W），成為各種電光源中發(fā)光效率最高的節(jié)能型光源。高壓鈉燈的工作蒸氣壓大于0.01兆帕高壓鈉燈是針對低壓鈉燈單色性太強，顯色性很差，放電管過長等缺點而研制的。

低壓鈉燈與常用光源相比，節(jié)電可達70%以上。由于低壓鈉燈的發(fā)光管密封在高真空并涂有紅外線反射膜的玻璃殼中，它的發(fā)光效率基本不受部環(huán)境溫度的影響，其輻射光譜純正、穩(wěn)定、無雜散光，該波長光線透霧性強，再配上優(yōu)質(zhì)的多功能電子鎮(zhèn)流器，使低壓鈉燈更易于使用在各種電源條件下，尤其適合太陽能路燈、隧道照明及高原高寒等特殊環(huán)境地區(qū)使用。該種燈是發(fā)光效率最高的燈具。

低壓鈉燈，是利用低壓鈉蒸氣（工作蒸氣壓不超過幾個帕）放電產(chǎn)生可見光的電光源，發(fā)明于1930年。低壓鈉燈系統(tǒng)具有光效高，溫升低，重量輕，自身功耗小，功率因數(shù)大等特點，可以最大限度的提高低壓鈉燈的光效。低壓鈉燈輻射單色黃光，顯色性一般，適用于照度要求高但對顯色性無要求的照明場所，如高速公路、高架鐵路、公路、隧道、橋梁、港口、堤岸、貨場、建筑物標記以及各類建筑物安全防盜照明。由于黃色光透霧性強，該燈也適宜于多霧區(qū)域的照明。因此，太陽能低壓鈉燈系統(tǒng)是應(yīng)用于太陽能照明領(lǐng)域的最佳選擇。

鈉燈高壓鈉燈

高壓鈉燈的工作蒸氣壓大于0.01兆帕。高壓鈉燈是針對低壓鈉燈單色性太強，顯色性很差，放電管過長等缺點而研制的。高壓鈉燈又分普通型（標準型），其發(fā)光效率為130lm/W，顯色指數(shù)Ra=25；改進型，其發(fā)光效率為75lm/W，顯色指數(shù)Ra=60；高顯色型，其發(fā)光效率為45～60lm/W，顯色指數(shù)Ra=80～85。產(chǎn)生的是黃光。

高壓鈉燈是由半透明的多晶氧化鋁（PCA）陶瓷電弧管，外泡殼，金屬支架，消氣劑和燈頭組成。電弧管為核心元件，內(nèi)充汞，鈉和惰性氣體。放電時，內(nèi)部的鈉蒸氣壓力為10-100kPa。

高壓鈉燈具有發(fā)光效率高，耗電少，壽命長，透霧強和不誘蟲等特點。主要有普通型，高顯色型，高光效型，低汞型，農(nóng)用型等。鈉燈的長壽命，高光通，高光效，透霧性能佳等特性，常用于道路照明，泛光照明，廣場照明等。

高壓鈉燈使用時發(fā)出金白色光，具有發(fā)光效率高、耗電少、壽命長、透霧能力強和不誘蟲等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于道路、高速公路、機場、碼頭、船塢、車站、廣場、街道交匯處、工礦企業(yè)、公園、庭院照明及植物栽培。高顯色高壓鈉燈主要應(yīng)用于體育館、展覽廳、娛樂場、百貨商店和賓館等場所照明。2100433B