[科普中国]-钠热管

简介

钠热管是指以液态金属钠作为工作介质的高温热管。液态金属钠具有许多优点，如在高温下具有很好的稳定性，饱和蒸汽压低，汽化潜热高，导热性好3。自1963年美国的Los-ATlOS科学实验室的Grover和他的同事们 首次报道了钠热管成功地工作以来，钠热管的究与应用都取得了很大进展。目前，在航天国防、新能源、核工业、冶金、化工、石油化工、水泥、陶瓷等工业中都有着许多重要的应用。随着研究工作的深入，钠热管具有广阔的应用前景本试验主要是对一钠热管进行性能测试，研究其工程应用的可行性，为钠热管工程实际应用提供参考数。

钠热管测试试验装置与测试系统
钠热管由不锈钢材料制成，直径为25mm,热管总长为100mm，管内有吸液芯，并有中心管，充液量为90g蒸发段长度为570mm,绝热段长度为210mm，冷凝段长度为220mm,。钠热管测试的试验装置，如图所示4。
该系统的加热炉为一硅碳棒的炉最绝热热管是一种利用封闭在管内的介质反复进行物理相变来传递热量的高效传热元件(装置)。以钠为工质，工作温度在750K以上的热管称为高温钠热管，钠热管经常应用在航天、民用工业和国防工业等领域。
钠热管在其应用过程中将遇到这样的问题:即在起动过程中，由于钠的蒸汽压较低。钠热管很容易由于流体质量和速度的不断增加，而在其加热段出口流体流动速度达到声速。在此情况下，流体流动所能携带的热量达到极限，即热管的声速限。这时即使改变冷却段的冷却速率，钠热管所能传递的热量也不会增加。以前，美国等一些国家的科学家对钠热管的声速已进行了一些研究。
1965年，Cotter把蒸汽的轴向流动视为不可压缩层流流动。且在一维情况下进行研究。
1968年，Levy EKZ对蒸汽模型进行了改进，把蒸汽流作为可压缩的一维流动进行研究，给出 的结论是:利用干饱和理想气体模型计算声速限可以得到较为理想的结果。1971年Busse CACa除了考虑蒸汽流动参数的轴向变化以外，还考虑了它的径向变化。Busse将蒸汽的状态用干饱和理想气体方程来描述;同时根据所研究热管的加热段比较短这一情况，假设加热段的蒸汽是等温的。

钠热管的设计参数壳体材料3

声限速

吸液芯所需克服的液柱静压头

选取丝网数目

最大毛细力

吸液芯的渗透率

吸液芯截面积

吸液芯的层数

气控钠热管
气控热管内工质为高纯钠。为了满足高温要求以及与工质相容性原则，并保证热管的强度、刚度和抗腐蚀性，筒体材料采用耐高温不锈钢。为了保证热管的性能，筒体内壁及温度计阱均覆盖不锈钢丝网。热管上部外侧伸出的支管与气路连接，支管上部外表面安装冷却水套。热管加热炉分上下两段，采用镍铬炉丝绕制5。上下炉分别用岛电SR23和FP23温控模块控制，控温精度为0.1℃。

我国研制成功气控钠热管系统日前，我国首套拥有自主知识产权的气控钠热管系统在中国计量科学研究院研制成功，并通过国家质检总局组织的专家鉴定。这标志着我国掌握了气控钠热管研制的关键技术6。
气控热管技术目前主要应用在航天飞行器如太空空间站、航天飞机内邵温度的准确控制，以及温度计量领域高精度的温度复现。气控钠热管在600℃一1000℃能够提供均匀、稳定的温度环境，在温度计量领域用来校准高温铂电阻温度计和热电偶、研究ITS-9n国际温标的非唯一性和非一致性、以及绝热量热法复现ITS-9n国际温标的银、铝凝固点，显著提高固定点的复现水平。 目前，仅有意大利、法国和加拿大开展了此方面研究。中国计量科学研究院于2nm年开展了气控钠热管的研究，自主建立了我国首套拥有自主知识产权的气控钠热管系统，气控钠热管的研究也取得了突破性进展。

据课题负责人、中国计量科学研究院副研究员闰小克介绍，目前国际上通行的控制方案是“压力控制与功率相结合”，而课题组提出“高精度压力控制和温度控制相结合”的新控制策略，实现了气控钠热管高准确度的温度复现，可显著提高气控钠热管温度均匀性和稳定性技术指标。

在111250Pa动态控压时，气控钠热管温度计阱内垂直温度场均匀性及稳定性分别为±0.16mK和±0.21 mK，技术指标达到了国际领先水平。此前国际上公开发表的气控钠热管温度均匀性与稳定性的技术指标的最高水平，是意大利计量院的±0.5mK.利用气控钠热管开展准绝热法复现ITS-90国际温标银、铝凝固点的前沿研究，可进一步提高我国ITS-90国际温标的复现水平，保证温度量值的国际等效性和国内温度量值的准确传递。