Еще немного о тепловых трубкахна страницах сайта www.electrosad.ru | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тепловые трубки
- высокотехнологичные устройства на фазовом
переходе теплоносителя - стали обычным элементом кулеров и
систем охлаждения. Но, на первый взгляд, одинаковые кулеры имеют
разную эффективность. В чем дело, я попытаюсь рассказать здесь.
Не буду здесь рассматривать конструкции кулеров с тепловыми трубками, это я делал в других статьях. Рассмотрим здесь только эффективность тепловых трубок и ее зависимость от условий их применения, от его конструкции и просто качества изготовления. Как я уже сказал выше, тепловые трубки - высокотехнологичные устройства на фазовом переходе теплоносителя. Поэтому как любые высокотохнологичные устройства требуют точной и отлаженной технологии, любые отклонения от которой могут существенно снизить эффективность тепловой трубки. На их эффективность, как любой другой системы отвода тепла, существенное влияние оказывают и условия применения тепловых трубок. Рассмотрим влияние внешних факторов на эффективность работы, на примере тепловой трубки с применением фазового перехода воды при пониженном давлении.
Тепловая трубка и влияние на ее эффективность внешних факторовКак и в системах отвода тепла построенных на эффекте теплопроводности или прокачки теплоносителей, так и у тепловых трубок эффективность их работы определяется тепловым потоком P пропускаемым устройством. Который в свою очередь определяется разностью температур источника тепла и внешней среды:
P = k Δt = k (tист - tвн)
Здесь k некоторый коэффициент определяющий условия теплообмена для данной конструкции. Применительно к тепловым трубкам это выглядит так: Тепловая трубка (рис.1) это замкнутый объем в котором теплоноситель находится в состоянии фазового перехода жидкость - пар, зависимость tкип = f(p) которой приведена на рис. 2. В исходном состоянии теплоноситель в состоянии баланса жидкой и паровой фазы находится в точке А кривой. При подаче тепла в область нагрева, теплоноситель в тепловой трубке закипает и условия баланса выполняются для точки Б (для слабой теплоотдачи) или для точки В (для хорошей теплоотдачи) в охлаждаемой области. Другими словами, если не обеспечить эффективный теплосъем в области теплоотдачи, то тепловая трубка не будет эффективно отводить тепло.
Поэтому, если говорить о тепловой трубке, то ее эффективность напрямую зависит от эффективности теплосъема в охлаждаемой области.
Режим без отвода тепла с холодного конца тепловой трубкиКак я уже говорил выше, если не обеспечить отвод тепла от охлаждаемой области, тепловая трубка нагревается по всей поверхности и ее тепловое сопротивление стремится к бесконечности. И она просто не может выполнять свою функцию. Причем условия фазового баланса жидкость - пар сохраняется при более высоких давлении и температуре. В этом случае рабочая точка тепловой трубы переместится далее точки Б вплоть до прекращения кипения теплоносителя.
Объем жидкости (теплоносителя) в тепловой трубке и отводимая мощностьОбъем теплоносителя в тепловой трубке определяет ее возможность работы при больших тепловых потоках. Поэтому его количество по возможности должно быть большим. Но тепловой поток в тепловой трубке определяется не только количеством теплоносителя, но и кратностью его обращения, а значит и многими другими параметрами - в том числе и эффективностью отвода тепла от горячего ее конца. Очень важно, чтобы не было ни недолива, ни перелива тепловой трубы теплоносителем. Избыточное количество теплоносителя может приводить к блокированию поверхности конденсатора. Исходя из этого, количество теплоносителя может быть рассчитана по формуле:
m = AvLtρv + AwLtερl
где: Av - поперечное сечение парового канала, Lt -полная длина трубы, ρv - плотность пара при рабочей температуре трубы, Aw - площадь поперечного сечения фитиля, ε - пористость фитиля, ρl - плотность жидкости при рабочей темперетуре трубы. Отсюда вытекает, что для увеличения объема (массы) активного тела в тепловой трубке требуется увеличение ее диаметра. Все это приводит к увеличению максимальной отводимой мощности через тепловую трубку и снижает ее тепловое сопротивление. В последних моделях кулеров на тепловых трубках, для увеличения объема теплоносителя используется "испарительная камера" расположенная в основании теплообменника и имеющая объем превышающий объем тепловых трубок. Это позволяет увеличить отводимую кулером мощность.
Характеристики некоторых возможных теплоносителей для тепловых трубок приведены в таблице 1.
Таблица 1 * - необходимое для создания теплового потока 1 КВт*сек, Теплоносители расположены в порядке падения температуры кипения.
В последнем столбце показан массовый расход теплоносителя для теплосъема 1 КДж (1 КВт*сек) в области нагрева тепловой трубки. данное значение только характеризует массовую эффективность вещества. Эта величина отличается более чем в 10 раз и показывает, что для отбора 1 КДж энергии требуется испарить массу 0,44 г ВОДЫ или 5 г ФРЕОН 11. Все теплоносители могут вгоняться в требуемый для РЭА или ПК диапазон температур - 27 -35°С с помощь понижения его рабочего давления (как например водв), так и с помощью его повышения для теплоносителей испаряющихся при низких температурах. Повышением давления можно сдвинуть критическую точку теплоносителя к любой нужной нам температуре. Конечно работа подобной тепловой трубки (например на фреоне 12) при температуре в критической точке - 20°С требуется давлении более 40 кГ/см2. Это требует подхода к ее проектированию, почти как к сосуду повышенного давления.
Для энтузиастов - самодельщиковТехнология изготовления тепловых трубок и оборудование необходимое для этого подробно описаны в [Л.1] и [Л.2]. Здесь просто скажу несколько слов для того чтобы Вы могли осознанно читать их. Но Вы должны быть готовы разбираться с достаточно сложной физикой протекающих процессов и математикой их описывающей. Но любой у кого есть интерес - в состоянии понять сделанное раньше их, такими же людьми, которые разобрались в этом ранее. Тем более они достаточно подробно все описали. При изготовлении тепловых трубок большое внимание уделяется чистоте применяемых материалов:
Под очисткой понимается обезжиривание поверхностей, обезгаживание и удаление примесей из теплоносителя. Не выполнение этих операций приводит к большому разбросу теплопроводности тепловой трубки. а иногда и ее неработоспособности.
Особую роль в долговечности тепловых трубок имеет совместимость материалов. Все применяемые материалы должны быть химически инертны в условиях экстлуатации тепловой трубки.
Литература:
август 2008 года.
Сорокин А.Д.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:
/Неизвестный
процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Copyright © Sorokin A.D. | 2002-2020 |