Методы интенсификации теплообмена в тепловых трубах и использование их в качестве термостабилизаторов

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                            3

1. ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ                                                     5

1.1. Термосифон                                                                                             5

1.2. Тепловая труба                                                                                        6

2. ТЕПЛОВАЯ ТРУБА КАК СТАБИЛИЗАТОР ТЕМПЕРАТУРЫ         12

2.1 Тепловая труба переменной проводимости с холодным резервуаром 13

2.2. Пассивное регулирование с помощью сильфона                                   14

2.3. Тепловая труба переменной проводимости с горячим резервуаром   14

2.4. Регулирование с обратной связью в применении к тепловым трубам переменной прододимости                                                                                  15

2.5. Сравнение систем регулирования                                                           18

3.  ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ В ТЕХНИКЕ                                       19

4. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА В ТЕПЛОВЫХ ТРУБАХ           24

4.1. Использование наножидкостей для интенсификации                               24

4.2. Расчёт 1: интенсификация теплообмена в испарителе при пористом покрытии                                                                                                                                   29

4.3. Расчёт 2: интенсификация теплообмена в испарителе при кипении водных растворов                                                                                                                  33

Список использованной литературы                                                                  35

Приложение 1

Приложение 2

ВВЕДЕНИЕ

Тепловые трубы (ТТ) привлекают с каждым годом все большее внимание ученых, конструкторов и инженеров тех областей техники, где возникает необходимость термостатировать процессы или аппараты, где нужны высокоэффективные тепловоды, интенсивный теплоотвод, регулирование или трансформация тепловых потоков. Тепловые трубы применяются в различных областях техники: от отвода тепла от подземных конструкций до космических летательных аппаратов.

Идея создания тепловода, в котором перенос тепла осуществляется посредством испарения и конденсации рабочего тела, а для перекачивания жидкости используются капиллярные силы, была предложена еще в 1942 г. Гаулером применительно к холодильной техники. Однако изобретение не находило применения в техники более 20 лет. А впервые термин тепловая труба (heatpipe) был введен в 1963 г. Гровером  с сотр. (Лос-Аламосская лаборатория, США), которые были иницаторами исследований этих устройств и рассмотрения возможности их использования в технике.

Следует отметить, что ТТ имели предшественника – так называемые трубы Перкинса, изобретенные им в 1897 г. Трубы Перкинса – это бесфитильныетепловоды, в которых перенос тепла осуществляется также за счёт скрытой теплоты парообразования, а циркуляция теплоносителя происходит за счёт сил гравитации (термосифоны).

Начиная с 1965 г. и по сегодняшний деньрезультаты по исследованию ТТдокладывается на различных конференциях. А с 1973 г. проводятся специализированные международные конференции по ТТ.

Интерес к ТТ вызван целым рядом ценных качеств. Прежде всего, это высокаяизотермичность. А возможность работы лишь за счёт капиллярных сил позволяет использовать тепловые труды в невесомости. Также, важное качество тепловых труб – их способность к трансформации тепловых потоков. Высокую плотность подвода тепла в одной части трубы можно иметь при низкой плотности теплоотвода в другой ее части и наоборот.

Использование этих тепловодов принципиально возможно в очень широком диапазоне температур – от низких, криогенных, температур (начиная с 1К) до весьма высоких (2500 – 3000 К). В зависимости от уровня рабочих температур подбираются оптимальные теплоносители: ожиженные газы, органические жидкости, легкокипящие металлы. Особенно хорошими теплопередающими характеристиками обладают трубы с жидкометаллическими теплоносителями, способными переносить до 10 квт и более на 1 см² сечения трубы. Также успешно используются в качестве теплоносителя наножидкости.

И, конечно же, несомненным удобством является автономность ТТ. Каждая отдельная труба – независимый элемент системы, не требующий наличия насосов и других вспомогательных устройств.

ТТ специальных конструкций способны обеспечивать автоматическое или принудительное регулирование термического сопротивления и изменять поверхности эффективного теплоотвода. Поэтому с помощью ТТ относительно легко решаются задачи по созданию регуляторов температур и термостабилизаторов.

В данной работе рассмотрены  методы интенсификации теплообмена в ТТ и использование их в качестве термостабилизаторов.

1.  ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ

1.1 Термосифон.

Как упоминалось во введении, тепловая труба имеет предшественника –труба Перкинса или термосифон. Поэтому прежде чем рассматривать работу тепловой трубы, было бы полезно описать принцип работы термосифона. Термосифон показан на рис.1.

Рис.1. Термосифон: 1 - корпус; 2 - пар; 3 - объем с кипящей жидкостью;