Dobór i projektowanie materiałów cieczy roboczej i powłoki

Dobór i projektowanie materiałów cieczy roboczej i powłoki

Dobór płynu roboczego

Dobra ciecz robocza powinna charakteryzować się następującymi właściwościami: ① dużą zdolnością przenoszenia ciepła; ② Umiarkowane ciśnienie pary nasyconej podczas pracy; ③ Możliwość długotrwałej kompatybilności z materiałami rdzenia i powłoki, o stabilnym składzie chemicznym i braku rozkładu; ④ Wysoka przewodność cieplna i dobre właściwości zwilżające. Wybór płynu roboczego zależy od wymagań użytkowych.

Dzięki zastosowaniu różnych płynów roboczych rury cieplne mogą pracować w niezwykle szerokim zakresie temperatur. Ze względu na zakres temperatur rury cieplne można podzielić na niskotemperaturowe, średniotemperaturowe i wysokotemperaturowe. Niskotemperaturowa rurka cieplna odnosi się do rurki cieplnej o zakresie temperatur roboczych wynoszącym 4-200K. Używanie helu jako płynu roboczego może działać w rozdzielczości 4K. Wodór i neon można stosować w zakresie 20-30K. Jeżeli temperatura jest wyższa, dostępnymi płynami roboczymi są azot i tlen. Powszechnie stosowane płyny robocze w zakresie 100-200K obejmują metan, etan, F-13 itp. Cechą charakterystyczną niskotemperaturowych płynów roboczych jest to, że ich współczynniki przenikania są bardzo małe, a ich wzrost kapilarny współczynniki są również bardzo małe. Są kompatybilne z materiałami inżynierii ogólnej, jednak w przypadku stosowania wodoru jako płynu roboczego należy zwrócić uwagę na problem kruchości wodorowej (korozyjnej) materiałów. Wiele niskotemperaturowych płynów roboczych jest łatwopalnych i wybuchowych, a przechowywane w temperaturze pokojowej znajdują się w stanie nadkrytycznym pod wysokim ciśnieniem. Dlatego podczas ich stosowania należy zachować środki ostrożności. Średniotemperaturowa rurka cieplna odnosi się do rurki cieplnej działającej w zakresie 200-700K. Jest to obecnie najpopularniejszy typ rurki cieplnej. W tym zakresie temperatur woda ma najlepsze właściwości termiczne i można ją stosować w temperaturach od 350 do 500 K. Wadą jest to, że jest niekompatybilny z powszechnie stosowanymi materiałami konstrukcyjnymi, takimi jak aluminium i stal, i przez długi czas może być kompatybilny tylko z miedzią. Ponadto wysoka temperatura krzepnięcia ogranicza jego zastosowanie. Jednakże w ostatnich latach, w wyniku szeroko zakrojonych badań, poczyniono postępy w aspekcie kompatybilności fazy wodnej stali; Rury cieplne stal/woda są szeroko stosowane w odzyskiwaniu ciepła odpadowego. W zakresie 200-350K w przypadku systemów kontroli temperatury i klimatyzacji statków kosmicznych najlepiej działającym płynem jest amoniak, którego właściwości termiczne ustępują jedynie wodzie. Co więcej, może być długoterminowo kompatybilny z materiałami konstrukcyjnymi, takimi jak aluminium i stal, a także ma niską temperaturę krzepnięcia, dzięki czemu jest szeroko stosowany w satelitach i statkach kosmicznych. Aceton i metanol można stosować w temperaturze 300-400K, przy niższej prężności pary niż amoniak i można je stosować w wyższych temperaturach w porównaniu z amoniakiem. Zwłaszcza metanol, jego właściwości cieplne ustępuje jedynie amoniakowi i ma dobrą czułość sterowania, co czyni go bardzo przydatnym w rurach cieplnych sterowanych gazem.

www.superbheater.com