鈉熱管

鈉熱管是指以液態金屬鈉作為工作介質的高溫熱管。液態金屬鈉具有許多優點，如在高溫下具有很好的穩定性，飽和蒸汽壓低，汽化潛熱高，導熱性好。目前，在航天國防、新能源、核工業、冶金、化工、石油化工、水泥、陶瓷等工業中都有著許多重要的套用。氣控鈉熱管在600℃一1000℃能夠提供均勻、穩定的溫度環境，在溫度計量領域用來校準高溫鉑電阻溫度計和熱電偶。

基本介紹

• 中文名：鈉熱管
• 外文名：sodium heat pipe
• 成功工作時間：1963年
• 國家：美國
• 領域：能源
• 學科：熱力學

概念

鈉熱管是指以液態金屬鈉作為工作介質的高溫熱管。液態金屬鈉具有許多優點，如在高溫下具有很好的穩定性，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　首次報導了鈉熱管成功地工作以來，鈉熱管的究與套用都取得了很大進展。目前，在航天國防、新能源、核工業、冶金、化工、石油化工、水泥、陶瓷等工業中都有著許多重要的套用。隨著研究工作的深入，鈉熱管具有廣闊的套用前景本試驗主要是對一鈉熱管進行性能測試，研究其工程套用的可行性，為鈉熱管工程實際套用提供參考數。

試驗與測試

鈉熱管測試試驗裝置與測試系統

鈉熱管由不鏽鋼材料製成，直徑為25mm,熱管總長為100mm，管內有吸液芯，並有中心管，充液量為90g蒸發段長度為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，如圖所示。
該系統的加熱爐為一矽碳棒的爐最絕熱熱管是一種利用封閉在管內的介質反覆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，工作溫度在750K以上的熱管稱為高溫鈉熱管，鈉熱管經常套用在航天、民用工業和國防工業等領域。
鈉熱管在其套用過程中將遇到這樣的問題:即在起動過程中，由於鈉的蒸汽壓較低。鈉熱管很容易由於流體質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　的結論是:利用乾飽和理想氣體模型計算聲速限可以得到較為理想的結果。1971年Busse CACa除了考慮蒸汽流動參數的軸向變化以外，還考慮了它的徑向變化。Busse將蒸汽的狀態用乾飽和理想氣體方程來描述;同時根據所研究熱管的加熱段比較短這一情況，假設加熱段的蒸汽是等溫的。

實驗裝置

設計參數

殼體材料

聲限速

吸液芯所需克服的液柱靜壓頭

選取絲網數目

最大毛細力

吸液芯的滲透率

吸液芯截面積

吸液芯的層數

氣控鈉熱管

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

氣控鈉熱管

研發成果

我國研製成功氣控鈉熱管系統

日前，我國首套擁有自主智慧財產權的氣控鈉熱管系統在中國計量科學研究院研製成功，並通過國家質檢總局組織的專家鑑定。這標誌著我國掌握了氣控鈉熱管研製的關鍵技術。
氣控熱管技術目前主要套用在航天飛行器如太空空間站、太空梭內邵溫度的準確控制，以及溫度計量領域高精度的溫度復現。氣控鈉熱管在600℃一1000℃能夠提供均勻、穩定的溫度環境，在溫度計量領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、以及絕熱量熱法復現ITS-9n國際溫標的銀、鋁凝固點，顯著提高固定點的復現水平。 目前，僅有義大利、法國和加拿大開展了此方面研究。中國計量科學研究院於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智慧財產權的氣控鈉熱管系統，氣控鈉熱管的研究也取得了突破性進展。

我國研製成功氣控鈉熱管系統

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

在111250Pa動態控壓時，氣控鈉熱管溫度計阱內垂直溫度場均勻性及穩定性分別為±0.16mK和±0.21 mK，技術指標達到了國際領先水平。此前國際上公開發表的氣控鈉熱管溫度均勻性與穩定性的技術指標的最高水平，是義大利計量院的±0.5mK.利用氣控鈉熱管開展準絕熱法復現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國際溫標的復現水平，保證溫度量值的國際等效性和國內溫度量值的準確傳遞。