В конце шестидесятых годов в различных областях техники стал применяться новый тип тепловода— тепловая труба. Это устройство позволяет с высокой эффективностью решать следующие задачи: переносить большое количество теплоты при малых перепадах температур и минимуме тепловых потерь; разделять в пространстве тепловой поток по нескольким трактам с различной нагрузкой; трансформировать плотность теплового потока, т. е. увеличивать ее или уменьшать; выравнивать и регулировать температуру объекта; реализовывать устройство с функцией теплового диода.
Предшественником тепловой трубы была так называемая труба Перкинса. Это замкнутый вытянутый полый сосуд, частично заполненный жидкостью. При подводе теплоты извне жидкость в сосуде испарялась, пары переносились к другому концу трубы, конденсировались и под действием сил гравитации жидкость возвращалась в исходное положение. Такие устройства (термосифоны) были изобретены Псркинсом в 1897 г. и использовались в хлебопекарном производстве, а затем нашли и другие применения. В 1942 г. в США Гоглеру был выдан патент на усовершенствование термосифона, па внутренние стенки которого была уложена капиллярная структура, позволяющая возвращать жидкость в исходное положение за счет действия капиллярных сил. Возможности такого устройства существенно расширились, так как оно работало при различной ориентации в пространстве и даже в отсутствии сил гравитации. Спустя двадцать лет Гровером (комиссия по атомной энергии США) было изобретено аналогичное устройство, и им же впервые был введен термин «тепловая труба».
В шестидесятые годы проводились обширные работы по исследованию тепловых труб. Многие фирмы развернули серийное производство преимущественно высокотемпературных тепловых труб. В 1973 г. состоялась первая международная конференция по тепловым трубам в Штудгарте (ФРГ), и они стали проводиться с периодичностью 2—3 г. в различных странах мира.
Области применения тепловых труб включили в себя атомную энергетику, космическую и ракетную технику, электронику и радиотехнику, турбостроение, криогенную технику, гражданское строительство, пищевую промышленность и т. д.
Все большее применение тепловые трубы находят при охлаждении и термостатировании радиоэлектронной аппаратуры
Тепловая труба — испарительно-конденсационное герметичное устройство с использованием капиллярных сил, служащее для передачи теплоты и работающее по замкнутомуциклу (ГОСТ 23073-78).
Распространениеполучили гладкостенные (двухфазный термосифон, рис. 1,а) и капиллярные (тепловая труба, рис. 1,6) теплопередающие устройства. Оба варианта устройства во многим сходны между собой и различаются узлами возврата конденсата.
Рис. 1. Принципиальные схемы тепловых труб:
1 — корпус; 2 — рабочая жидкость; 3 — пар
Основным элементом трубы являются герметичный корпус 1, заполненный рабочей жидкостью 2 и насыщенным паром 3. Внутренняя полость тепловой трубы содержит капиллярную структуру. Давление пара pвнутри полости тепловой трубы зависит от температуры пара Tп. при увеличении температуры давление насыщенного пара растет, Если на один конец тепловой трубы воздействует внешний тепловой поток P1 , а второй конец подключен к теплообменнику, способному отнимать поток теплоты Р2, то динамическое равновесие тепловой трубы нарушается. В зоне действия потока P1 температура рабочей жидкости повысится и давление пара в тепловой трубе начнет возрастать. В зоне конденсации температура тепловой трубы несколько понизится, пар окажется перенасыщенным и начнет конденсироваться на внутренней холодной поверхности, передавая ее скрытую теплоту. Потери пара будут непрерывно восстанавливаться за счет испарения жидкости в нагреваемо й зоне тепловой трубы и уноса из нее теплоты, расходуемой на испарение.
Внутри тепловой трубы возникает направленный поток пара, которому сопутствует значительный тепловой поток. Поток пара dmп/dτ. и тепловой поток P связаны между собой соотношением:
P = r dmп/ dτ (1)
Где r – удельная теплота парообразования; mп – масса пара.
Тепловая труба является замкнутым устройством, поэтому перенос массы рабочего вещества в потоке пара должен компенсироваться обратным потоком конденсата. В двухфазном термосифоне (рис. 1,а) возврат жидкости из зоны конденсации в зону испарения происходит под действием гравитационных сил: капли жидкости стекают по внутренней поверхности устройства под действием силы тяжести. Область применения термосифона ограничена, он может работать только в поле силы тяжести.
В тепловой трубе (рис. 1,6) конденсат возвращается в зону испарения (к участку нагрева) по капиллярной структуре под действием сил поверхностного натяжения. Капиллярная структура (фитиль) может транспортировать жидкость как в поле силы тяжести, так и при его отсутствии. Более того, она способна противостоять силе тяжести; поэтому возможности тепловых труб оказываются существенно шире, чем у термосифона. В тепловой трубе испарение и конденсация происходит из пор капиллярной структуры, причем для обеспечения нормальной работы важно, чтобы процесс испарения оставался всегда поверхностным, так как образование пузырьков пара внутри капиллярной структуры нарушает его транспортные свойства и тепловая труба может выйти из строя.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
