Устройство испарительного охлаждения
Патент 1005194
Авторы
Классы МПК
Устройство испарительного охлаждения
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (»>1905194 ю с ф
/ ъ г (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27. 04. 81 (21) 3281341/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет
Опубликовано 15.03.83. Бюллетень № 10 (11М Кп 3
С 12 В 15/00
Государственный комитет
СССР по делам изобретений н открытий З УДК 53.089. .g(,088.8) Дата опубликования описания 15.03.83 (72) Авторы изобретения
В.И.Резников и В.И.Адамовский (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
Изобретение относится к измерительной технике и радиоэлектронике, в частности к устройствам испарительного охлаждения элементов аппаратуры, например анодов электронных ламп.
Известно устройство испарительного охлаждения, содержащее жидкостной бойлер с размещенными в нем охлаждаемым элементом, на поверхности которого выполнены углубления, и дефлектором (1 j, Недостатком данного устройства является низкая эффективность охлаждения, что обусловлено наличием значительного градиента температуры вблизи охлаждаемой поверхности.
Цель изобретения — повышение эффективности охлаждения.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство испарительного охлаждения, содержащее жидкостной бойлер с размещенными в нем охлаждаемым элементом, на поверхности которого выполнены углубления, и дефлектором, введен равномерно перфорированный экран, выполненный из материала с низкой теплопроводностью и расположенный между охлаждаемым элементом и дефлектором, а расстояние ХЭ между экраном и поверхностью охлаждаемого элемента определяется . соотношением
Х Лд
Э Ч (1) где Л вЂ” коэффициент теплопроводнос. - ти охлаждающей жидкости, дс — перегрев поверхности ох10 лажденного элемента;
С вЂ” удельная плотность теплового потока через поверхность охлаждаемого элемента.
Кроме того, диаметр d отверстия перфорации экрана определяется со15 -отношением
d = 0,5R где Р— отрывной диаметр пузырька пара жидкости бойлера, а суммарная площадь Яу- отверстий перфорации определяется соотношением
SL = 0,3S,, где S — площадь экрана.
На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид, разрез; на фиг. 2 — схема парообразования в устройстве испарительного охлаждения в отсутствие экрана; на фиг,3 схема парообразования в предлагаемом устройстве.
1005194
Устройство содержит охлаждаемый элемент 1 с дефлектором 2 и установленным между ними перфорированным, экраном 3, которые помещены в бойлер 4, с жидкостью 5. Бойлер 4 снабжен паропроводом б для отвода образующегося при работе пара и конденсатопроводом 7 для подпитки жидкостью. Перфорационные отверстия 8 выполнены равномерно по всему экрану 3. На поверхности охлаждаемого )p элемента. выполнены углубления 9, Перфорированный экран 3 может быть выполнен из титана, фторопласта, нержавеющей стали.
Устройство работает следующим образом.
На охлаждаемом элементе 1 выделяется тепловая мощность, Жидкость между охлаждаемым элементом 1 и перфорированным экраном 3 перегревается выше температуры насыщения и в углублениях 9 на поверхности охлаждаемого элемента 1 образуются паровые зародыши с критическим радиусом RKpI способные к дальнейшему
r росту. Благодаря наличию перфорированного экрана 3 слой жидкости перегревается равномерно, что способствует более интенсивному образова.нию паровых зародышей с радиусом
R<+ при температурах поверхности ох- ЗО лаждаемого элемента 1 значительно меньших, чем в известном устройстве.
По мере роста паровые пузырьки замыкаются на перфорационные отверстия
8 экрана 3, образуя паровые каналы 3 от охлаждаемой поверхности к перфорированному экрану 3. Паровые каналы окружены равномерно перегретой жидкостью и на границе пар — жидкость начинается интенсивное парообразование. Образующийся пар по паровому каналу выводится на внешнюю поверхность перфорированного экрана, где после достижения отрывного диаметра паровые пузырьки отделяются от экра- 4 на и всплывают в парожидкостном потоке. Парожидкостный поток турбулизируется дефлектором 2.
Эффект интенсификации парообразования в перегретом слое жидкости и связаииое с ним повышение эффективности теплоотвода объясняется следующим образом.
Рассмотрим схему парообразования в устройстве испарительного охлаждения без экрана (фиг. 2). Особен- 55 ность процесса пузырькового кипения в этом случае заключается в том, что он протекает в условиях существенной температурной неравномерности.
На фиг. 2 показан профиль температур 6О в перегретом слое жидкости.
Паровой зародыш, образовавшийся над углублением 9 на нагретой по-верхности, окружен неравномерно перегретой по его высоте жидкостью.
Для того, чтобы образовался жизнеспособный паровой зародыш с критическим радиусом R„p, необходимо, чтобы на расстоянии Х от нагретой поверхности жидкость бйла перегрета до температуры Тк . Только при выполнении этого условия образовавшийся зародыш способен к дальнейшему росту. Минимальный радиус жизнеспособных паровых зародышей R<> определяется по известной формуле где 6 — коэффициент поверхностного натяжения жидкости;
Т„ — температура насыщения жидкости г — теплота парообразования, рп- плотность пара;
Т вЂ” температура ..;идкости на расстоянии Хк от нагреКР той поверхности, необходимая для образования критического парового зародыша (равна температуре пара в зародыше с радиукр)
Т вЂ” температура жидкости в объеме
Как видно из фиг, 2, в момент начала парообразования температура поверхности Тп значительно превышает
Т
Паровой пузырек открывается от поверхности при достижении размера
Б >- р, В процессе роста пузырька все большая часть поверхности в окрестностях центра парообразования блокируется паром.
Скорость роста парового пузырька зависит от профиля температур в перегретом слое — чем больше температурная неравномерность, тем меньше скорость роста.
Отрывной диаметр парового пузырька определяется по известной формуле
-"О 0 6
3 У (3) где 8 — краевой угол смачивания, коэффициент поверхностного натяжения жидкости; у и "- удельный вес жидкости и пара соответственно при температуре насыщения, Таким образом, температурная неравномерность в перегретом слое жидкости обуславливает высокие температуры поверхности анода и замедляет процесс парообразования при отсутствии экрана, В предложенном устройстве благодаря наличию перфорированного экрана 3 температурная неравномерность существенно сглаживается (фиг. 3).
1005194
Перегрев жидкости от температуры
Т„, требуемой для образования кри-,. тических паровых зародышей на расстоянии Х „ от поверхности охлаждаеМого элемента 1, достигается при существенно меньшей температуре 5 поверхности. В связи с тем, что паровой пузырек окружен равномерно перегретой жидкостью, процесс парообразования усиливается и, соответственно, увеличивается скорость роста пузырька. После того, как образовался паровой канал от поверхности нагрева к экрану, процесс генерации пара стабилизируется. Процесс формирования паровых пузырьков с отрыв- 15 ным диаметром переносится на внешнюю поверхность перфорированного экрана 3 и таким образом исключается его.отрицательное влияние на теплоотдачу с поверхности нагрева. 20
Перегрев поверхности охлаждаемого элемента, входящий в выражение (1), может быть определен по известной зависимости срФ(д1) при кипении.
Выбор размера перфорационных отверстий (0,5 отрывного диаметра парового пузырька ) и коэффициента перфорации,равного 0,3, определяется тем, что при уменьшении этих величин ниже указанных значений начинают сказываться силы поверхностного натяжения, препятствующие выходу пара из-под экрана, а при увеличении снижается воздействие экрана на перегретый слой жидкости.
Следовательно, в предлагаемом устройстве благодаря интенсификации процесса парообразования с помощью перфорированного экрана повышается эффективность теплоотвода, причем осуществляется это при более низких 40 температурах поверхности анода, что благоприятно сказывается на работоспособности охлаждаемого элемента.
Кроме того, предлагаемое устройство позволяет снизить температуру 45 охлаждаемой поверхности в 5-10 раз по сравнению с известным.
Формула изобретения
Устройство испарительного охлаждения, содержащее жидкостный бойлер с размещенными в нем охлаждаемым элементом, на поверхности которого выполнены, углубления, и дефлектором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повуяшения эффективности охлаждения, в него введен равномерно перфорированный экран, выполненный из материала с низкой теплопроводностью и расположенный между охлаждаемым элементом и дефлектором, а расстояние Х между экраном и поверхностью охлаждаемого элемента определяется соотношением
I где il — коэффициент теплопроводности. охлаждающей жидкости;
Ь1 - перегрев поверхности -охлаждаемого элемента;
9 - удельная плотность теплового потока через поверхность охлаждаемого элемента.
2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что диаметр д отверстия перфорации экрана определяется соотношением а = 0,5В, где R — отрывной диаметр пузырька пара жидкости бойлера, а суммарная площадь 8 - отверстий перфорации определяется соотношением
S = О,ЗБз где S — площадь экрана.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент Франции Р 1337593, кл Н 01 j 1963.
1005194
1005194
Ôè1.D
Составитель С. Шумилишская
Редактор М. Петрова Техред О. Неце Корректор И.. Шулла
Закаэ .1912/71 Тираж 598 Подписное.
- -ВНИИПИ Государственного ксэ итета СССР, -по делам иэобретений:и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 .Филиал ППП .."Патент",. г..Ужгород,. ул. Проектная,.4