Тепловая труба

Тепловая труба

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ТЕПЛОВАЯ ТРУБА, по авт.св. № 9893 ОО, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации и массообмена, в зоне испарения дополнительно установлена перфо{Я1рованная обечайка с переменным поперечным сечением ее внутренней полосги , уменьшающимся в направлении торца этой зоны, причем на расстоянии + 2Т) от стенки корпуса касательная к наружной поверхности обе} fUJ чайки расположена по отношению к оси трубы под углом 0 20-45° , а перфорация обечайки имеет диаметр равный (O,2-O,5)D , при этом обечайка сопряжена с внутренней поверхностью корпуса в зоне испарения по периметру большого основания, которое, в свою очередь, уйалено от торца этой зоны на расстояние -fi- -... на всей протяженности которого пазы заполнены пористой структурой где /Н - глубина В - диаметр .шариков; i Dgf - внутренний диаметр корпуса, на всей протяженносги которого пазы (/) заполнены пористой структурой. 2. Труба поп. 1,отличаю Ца я с я тем, что обечайка и пористая структура выполнены из металлическсЛ сетки с размером ячеек, составляющим 0,2-0,5 диаметра шариков.

COI03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„, 1081407 А аи11 Р 28 Э 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ а.Ырра

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ на всей протяженности которого пазы заполнены пористой структурой где . и - глубина пазов

3 - диаметр;шариков;

Dgp — внутренний диаметр корпуса, на всей протяженности которого пазы заполнены пористой структурой.

2. Труба по п. 1, о т л и ч а ю at я с я тем, что обечайка и пористая структура выполнены из металлической сетки с размером ячеек, составляющим

0,2-0,5 диаметра шариков. аГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (61) 989300 (21-) 3521701/24-06 (22) 23.12.82 (46) 23.08.84. Бюп. № 11 (72) С.H,Oïpûtaêo (71) Истринское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института эЛектромеханики (53 ) 621.565,58 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 989300, кп. Р 28 Э 15/00, 1981. (54)(57) 1. ТЕПЛОВАЯ ТРУБА, по авт св. ¹989300,,о т л и ч а ю— ш а я с я тем, что, с целью интенсификации тепло- и массообмена, в зоне испарения дополнительно установлена перфорированная обечайка с переменным поперечным сечением ее внутренней полости, уменьшаюшимся в направлении торпа этой зоны, причем на расстоянии

О < Н «< Q + 2 Э or стенки корпуса касательная к наружной поверхности обечайки расположена по отношению к оси трубы под углом о = 2045, а перо форация обечайки имеет диаметр равный (0,2-0,5) D, при этом обечайка сопряжена с внутренней поверхностью корпуса в зоне испарения по периметру большого основания, которое, в свою очередь, уйалено от торца этой зоны на расстояние Ы < 0,51)

1 -а(, 5H

Продольные пазы 6 на участке Ъ ежду обечайкой 8 и торцом 9 зоны 1 заполнены пористой структурой 10, причем дня обеспечения работоспособности тепловой трубы при максимальных удельных тепл овых потоках эффективный .диаметр пор структуры 10 должен быть меньше эффективного диаметра пор структуры 4, т,е. максимально возможный капиллярный напор создается на участке между обечайкой 8 и торцом 9, который и обеспечивает циркуляцию теплоносителя, а вместе с ним и шариков, Следует отметить, что в торцовой области (между обечайкой 8 и торцом 9) продольные пазы могут отсутствовать, а капиллярнопористая структура (многослойная сетка, войлок, спеченный порошок и др.) либо припекается к корпусу тепловой трубы, либо вставляется без спекания с ним.

Экспериментально установлено, что оптимальная величина Н h + 211, так как при этом условии гарантируется полный выход шариков из пазов без контакта с теплоносителем, à угол 20 4ol 45О так как с точки зрения обеспечения минимального сопротивления движению шариков о(. необходимо выбирать близким к нулю, а диаметр перфораций сС =(0,2-0,5)0, но при о(, меньше 20 аксиаль ный путь выхода шариков из пазов оказывается довольно большим, что далеко не всегда возможно из-за ограничения длины зоны испарения, поэтому с следует выбирать в диапазоне от 20 до 45, так как при с > 45 резко возрастает сопротивление движению шариков и происходит их эастопориванне.

1 1081 -1

Изобретение относится к теплотехнике, в частности, к тепловым трубам.

11о основному авт.св. % 989300 известна тепловая труба с зонами испарения и конденсации, содержащая корпус

5 с капиллярной структурой на внутренней поверхности в виде продольных пазов, в которых на участке, равном 1 — 1,2 длины зоны испарения, размещены с возможностью свободногD перемещения шарики иэ теплопроводного материала с диаметром, составляющим 0,01-0,9 ширины паза 13

Недостатком такой тепловой трубы является ограниченная интенсивность тепло- и массообмена, преимущественíо в режиме испарения.

Белью изобретения является интенсификация тепло- и массообмена .

Укаэанная цель достигается тем, что в в тепловой трубе с зонами испарения и конденсации, содержащей корпус с капиллярной структурой на внутренней поверхности в виде продольных пазов, в .которых на участке, равном 1-1,2 длины,; зоны испарения, размещены с возможностью свободного перемещения шарики иэ теплопроводного материала с диаметром, составляющим 0,01-0,9 ширины паза, в зоне испарения дополнительно установлена перфорированная обечайка с переменным поперечным сечением ее внутренней полости,. уменьшающимся в направлении торца этой зоны, причем на расстоянии О Н х Ъ + 2Р от стенки корпуса касательная к наружной поверхности обечайки расположена по отношению к оси трубы под углом а = 20-45 о, а перфорация обечайки имеет диаметр, равный (0,2-0,5)D, при эт.ом обечайка сопряжена с внутренней поверх40 ностью корпуса в зоне испарения по периметру большого основания, которое, в свою очередь, удалено от торца этой зоны на расстояние (Q»(gyp где b — глубина пазов, - диаметр шариков, В - внутренний диаметр корпуса, он на всей протяженности которого пазы заполнены пористой структурой.

Обечайка и пористая структура выполнена из металлической сетки с размером ячеек, составляющим 0,2-0,5 диамет ра шариков.

На фиг, 1 изображена тепловая труба, опытный образец, на фиг. 2 - сферинеская перфорированная вставка, О7 2

1 епловая труба с зонами 1 испарения и конденсации 2 содержит корпус

3 r: капиллярной структурой 4 на внутренней поверхности 5 в виде продольных пазов 6 с размещенными в них свободно перемещающимися шариками 7 из теплопроводного материала.

В зоне 1 испарения внутри трубы по всему ее периметру установлена перфорированная обечайка 8, плотно прилегающая к внутренней поверхности 5 так, что по крайней мере на высоте О -< H

3 108

ЗО

Перфорации же необходимы дпя того, чтобы теплоноситель поступал в торцовую обпасть (область между торц ом зоны 1 и перфорированной обечайкой 8) и за счет сил смачивания и вязкостных

5 сил увпекап за собой шарики. A так как шарики в силу своей геометрии не могут проникнуть через перфорации, то они выкатываются по наклонной поверхности . в паровое пространство и уносятся потоком пара, который образуется при испарении теплоносителя в торцовой облас ти.

Кроме того, обечайка 8 установлена

I на расстоянии ((„4 — Э

1+2 с) 1

2 ВН от торца эоны 1 трубы, где 3>z вну ренний диаметр корпуса трубы корпуса по основаниям пазов. С одной стороны расс тояние с, ограничено минимальным 20 h4 213 размером g из .условия полноC го выхода шариков из пазов, с другой стороны, при установке перфорированной обечайки сферической формы, расстояние

25 ограничено размером В<н /2

С точки зрения максимальной эффективности использования эоны 1 испарения расстояние . нецелесообразно выбирать э Рe /2

В одном из конкретных примеров перфорированная вставка 8 и пористая структура 10 выпопнены из металлической сетки с размером ячейки @ =

=(0,2-0,5)3, В другом примере вставкаЗ5

8 сферической формы, при этом о изменяется дпя радиуса сферы 3, /2 от о

О в точке соприкосновения ее с внутренней поверхностью 5,до 90 на оси о трубы. При o((0,20 сильно возраста-40 ет гидравпическое сопротивление вставки.

Тепловая труба работает следуюшим образом.

При подводе тепла к зоне 1 испаре- 45 ния теплоноситель испаряется, пар его проходит в зону 2 конденсации и конденсируется на стенках корпуса 3, и по пазам 6 под действием капиллярных сил теплоноситель транспортируется в зону 50

1 испарения, увлекая эа собой шарики

7,которые выкатываются по наклонной поверхности перфорированной обечайки

8 в паровое пространство, откуда они уносятся паровым потоком в зону 2 55 конденсации, и таким образом осушесз впяется работа тепловой трубы по замкнутому циклу. Особенно эффективно

407 4 данная труба способна работать в условиях отсутствия сил гравитации.

Пример . Тепловая труба с зонами 1 испарения и конденсации 2, содержит корпус 3, состояший из плоского основания алюминиевого сплава

AN г6 дпиной 0,4 и шириной 0,04 м и кварцевого полуцилиндра, герметично закрываюшего основание. На внутренней поверхности 5 основания выпсанена капиллярная структура 4 в виде продольных пазов 6 шириной 1 мм и глубиной

1,2 мм. В пазы засыпаны медные шарики 7 диаметром 0,1 мм. Длина зон 1 испарения и конденсации 2 составляет по 0,1 м, В зоне испарения на расстоя нии L = 6 мм от торца 9 трубы установлена ппотно прилегаюшая к внутренней поверхности перфорированная обечайка 8 из нержавеюшей металлической сетки с размером ячейки 0,04 мм.

Вставка выступает над поверхностью

5 на 3,2 мм и распопожена под углом о . aL = 30 к оси трубы, Продольные пазы на участке между обечайкой 8 и торцом

9 трубы заполнены пористой структурой из той же сетки.

Через кварцевый попуцилиндр осуществляется визуальное наблюдение эа перемешением шариков, При подводе тепла к зоне испарения все шарики перемешаются, увлекаемые теплоносителем (ацетоном), в зону испарения, и выкатываются по перфорированной обечайке иэ пазов в паровое пространство (испытания проводились в строго горизонтальном попожении, которое контролировалось с помошью оптического квадранта с точностью +30" ).

Количество шариков засыпается из расчета заполнения зоны испарения на дпине 6 = 120 мм тоько в один слой, так как наличие сил гравитации не позволяет шарикам располагаться в несксцтько слоев. Экспериментально установлено, что тепловая труба с подвижной капиллярнопористой структурой и перфорированной вставкой работоспособна и при отсутствии сил гравитации температурный перепад снижен на 50%, так как вследствие ограниченности эксперимента в лабораторных условиях он был снижен на

20%, При указанном интервале величины достигается минимальный перепад температуры между зонами (фиг. 2).

Таким образом, изобретение позволяет интенсифицировать тепло- и массообмен, 1081407

Составитель С.Бугорская

Редактор П,Коссей Техред С.Мигунова

Корректор Ю.Макаренко

Подписное

Заказ 1516/32 Тираж 631

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 вследствие чего существенно снижается инерционность и температурный перепад по длине трубы, что неизбежно приводит к повышению надежности i тех устройств и приборов, в которых эти трубы применяю тся.

Испытания макетного образца и расчеты показывают, что по сравнению с прототипом технический эффект применения предлагаемой тепловой трубы состоит в воэмажности создания теплопередающих устройств -:(на базе тепловых тпуб), обладаюпптх низким температурным перепадом и пониженной инерционностью, эффективно работающих как в режиме кипения, так и s режиме испарения и способствующих повышению надежности аппаратуры, в которой они применяютсй.

Анализ полученных данных показыва» ет, что оптимальные соотношения находятся в следующих пределах: 20 o(aL «с 45о, d = (0,2-0,5)9, 8+23 1 — chic — D Ы 2 ви

Таким образом, в предложенной тепловой трубе в режиме испарения происходит перенос тепла как за счет процессов испарения и конденсации, так и за счет циркуляции теплопроводящих шари- . ков (эа счет их теппоемкости), т.е. интенсифицируются процессы тепло- и масс оперен оса.