熱管自1964年正式在美國發(fā)明問世,我國科學家即進行了研究探索,中國科學院工程熱物理研究所是我國最早開始研究熱管的單位之一,1972年成功研制出我國第一根高溫熱管,如圖1所示。2008年以來,傳熱傳質(zhì)研究中心分別承擔了航天科技集團委托的“高溫熱管的研制”、 “高溫熱管的強化研制”863項目,設計、加工零部件,改進了原有高溫鈉熱管充裝工藝,實現(xiàn)高性能鈉熱管的定量化充裝工藝。
由于高溫熱管技術(shù)具有常規(guī)換熱技術(shù)所沒有的許多獨特優(yōu)越性,應用領域已經(jīng)相當廣泛,應用的重點由航天轉(zhuǎn)移到地面,由工業(yè)化應用擴展到民用產(chǎn)品,因而常規(guī)的、較高成本的高性能高溫熱管的制備工藝阻礙了高溫熱管的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,為此傳熱傳質(zhì)研究中心從2010年開始探索高溫熱管的快速充裝工藝索,目前已經(jīng)取得階段性成果,現(xiàn)已完整掌握了一套高溫熱管充裝新工藝。
運用這套高溫熱管充裝工藝在實驗室制備了以2520不銹鋼為管殼材料,液態(tài)金屬鈉為工質(zhì)的,直徑為Φ25,長度從300,600,900,1200的高溫熱管,如圖2所示。在以型號為XJH-25kW-A的高頻感應加熱設備為加熱熱源,輸入電壓為380V,最大加熱功率為25kW,高溫熱管通過自然對流和熱輻射形式散熱的情況下,高溫熱管的壁面溫度不均勻性<40℃,最高工作溫度可以達到800℃以上。這套充裝工藝能夠在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,工藝先進,設備簡化成本低,生產(chǎn)效率高適于規(guī)?;a(chǎn)。
同時,對長度1200,直徑Φ25的高溫熱管進行了均溫性定量性能測試,測試結(jié)果如圖3所示。熱點偶的布置從加熱底部往上計量點分別為:400mm,650mm,900mm,1180mm。圖內(nèi)左側(cè)數(shù)值表示以“1000”為最大輸入功率時的相對份額。
由于高溫熱管充裝性能較好,開始運行時未出現(xiàn)聲速極限、攜帶極限等缺陷,在較高的加熱密度下,16min后系統(tǒng)就從24℃室溫進入了持續(xù)穩(wěn)定狀態(tài);隨后,加熱功率提升到最大輸入功率份額的720/1000,冷凝段溫度提升到700℃左右,溫差仍維持在20℃左右,具有很高的溫度一致性。傳熱傳質(zhì)研究中心繼承和發(fā)展了研究所在高溫熱管技術(shù)上優(yōu)勢和特點,真正實現(xiàn)高溫熱管的產(chǎn)業(yè)化,有望將高溫熱管技術(shù)推向工業(yè)化。