鈉熱管試驗與測試

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(xué)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?zé)峁?。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(dǎo)熱性好 。自1963年美國的Los-ATlOS科學(xué)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)。

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)

氣控?zé)峁軆?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(xué)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?zé)峁芗夹g(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(xué)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(zé)人、中國計量科學(xué)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。