Тепловые трубы: устройство и принцип действия

Весьма интересным оказались экспериментальные данные по зависимости температурного поля вдоль такой трубы от угла наклона, представленные на рисунке 1.16. В описываемом эксперименте на вход тепловой трубы подводилась тепловая мощность, равная 140 вт, а температура воды в системе охлаждения зоны конденсации поддерживалась равной 30°С.

Рисунок 1.16 - Зависимость температурных перепадов на различных участках длины тепловой трубы от угла наклона ее к горизонту (заполнение около 26% по объему)

1 - температурный перепад на всей трубе от поверхности теплоотвода,

4 - температурный перепад на центральном участке,

3, 2 - температурные перепады в зоне испарения и конденсации соответственно

Уже беглый анализ представленных зависимостей позволяет отметить следующие характерные особенности. Как и следовало ожидать, величина перепада температуры в зоне испарения оказывается нечувствительной к углу наклона. Постоянной остается все время и величина падения температуры на центральном участке (порядка 1°С). Сама же абсолютная величина температуры изменяется по длине центрального участка по линейному закону. Наибольшее падение температуры имеет место в зоне конденсации, причем величина этого перепада, начиная приблизительно с угла 40°, оказывается сильно зависящей от наклона. Чем ближе к вертикали стоит труба, тем больше перепад. Именно этим перепадом и обусловливается чувствительность к углу наклона полного перепада температуры на тепловой трубе между торцевыми поверхностями. Изменение температурного поля в зависимости от угла наклона трубы качественно иллюстрируется рисунке 1.17.

Рисунок 1.17 - Изменение температурного поля вдоль тепловой трубы (заполнение около Ѕ оп объему) в зависимости от угла наклона к горизонту

Полный коэффициент теплопередачи через тепловую трубу при любом угле наклона описывается соотношением:

,

где - коэффициент теплопередачи через трубу при вертикальном положении.

Соответствующая графическая зависимость представлена на рисунке 1.18. Там же приведено изменение коэффициента теплоотдачи в зоне конденсации от угла наклона.

Рисунок 1.18 - Зависимость коэффициента теплоотдачи в зоне конденсации и коэффициента теплопередачи через тепловую трубу с большим заполнением и торцевым подводом тепла от угла наклона к горизонту

Этот коэффициент возрастает по мере приближения тепловой трубы к горизонтальному положению. По-видимому, при более вертикальном положении поверхности конденсации теплоноситель стекает легче, т.е. становится меньше равновесная толщина пленки, затрудняющая теплоотвод.

В области малых углов наклона к горизонту, которая показана на рисунке 1.18 пунктиром, как предсказывалось выше обнаружено существование оптимального наклона, при котором теплопередача через тепловую трубу достигает максимального значения.

Затем, при дальнейшем уменьшении угла наклона, после прохождения через условия максимума теплопередача опять ухудшается.

Из рисунка 1.19 легко видеть, что начиная с оптимального значения угла наклона при приближении к горизонтальному положению температурный перепад в зоне конденсации опять резко возрастает.

Как следствие, возрастает температурный перепад по всей тепловой трубе и ухудшаются ее теплопередающие свойства. Наиболее вероятные причины наблюдаемого эффекта - появление осушенных участков в зоне нагрева или сокращение поверхности конденсации в результате заполнения жидкостью. Возможно, очевидно, одновременное существование этих явлений.

тепловой кипение труба конвекция

Рисунок 1.19 - Возрастание температурного перепада в зоне конденсации при приближении тепловой трубы к горизонтальному положению

Заканчивая рассмотрение работы гладкостенных труб, целесообразно условно разделить их на две группы: трубы с оптимальным наполнением, функционирующие только в вертикальном положении, и трубы с большим наполнением, предназначенные для работы при различных углах наклона к горизонту (лучше всего работающие при некотором оптимальном угле, составляющем 2-3°).

Особенности каждой из групп качественно иллюстрируются таблицей 1.

Заключение

В данной работе представлен обзор работы самой простейшей тепловой трубы. Даны краткие физические основы для расчета тепловых труб.

Список литературы

1. Елисеев В.Б., Сергеев Д.И. Что такое тепловая труба? М., «Энергия», 1971. - 136 с. с ил. (Б-ка теплотехника)

Размещено на Allbest.ru