Тепловая труба Советский патент 1985 года по МПК F28D15/00 

1 Изобретение относится к теплотехнике, в частности к теплойередаюпщм устройствам - тепловым трубам и теплообменникам на их основе, и может бысь использовано при охлаждении оборудования в электротехнике, энергетике, хи1«1ческой технологии и других отраслях промьшшенности. Известна тепловая труба, содержа- щая корпус с зонами испарения, транс порта и конденсации, снабженный капиллярной структурой, выполненной в зоне транспорта в виде -пазов с покрытием из спеченного металлического порошка Недостатком трубы Является невысокая тёппопередающая способность. Известна тепловая труба с зонами испарения, транспорта и конденсации, содержащая корпус с центральным паровым каналом и капиллярной структурой на внутренней.поверхности в виде продольных пазов с покрытием из пористого материала , Недостатком известной тепловой трубы является невысокая максимальная теплопередающая способность, объясняющаяся тем, что тепловой по- TOHi в основном, расходуется на испа рение жидкости С малой поверхности расположенной вблизи линии соприкосновения мениска жидкости с поверхно тью трубы. Это ведет к увеличению термического сопротивления в зоне испарения. В режиме развитого пузЫр кового кипения в канавке не удаетс получить большие величины тепловых потоков из-за гладкой поверхности канавок. Цель изобретения - увеличение ее теппопередающей способности теплово Трубы. Поставленная цель достигается тем, что в тепловой трубе с зонами испарения, транспорта и конденсаЦИК, содержащей корпус с центральны паровым каналом и капиллярной струк турой на внутренней поверхности в в де продольных пазов с покрытием из пористого материала, последнее выпо яено переменной толщины, увеличивагацейся в направлении от торца наза к его устью- от (б,15-0,2)h до (0,25-0,3)h в зоне конденсации и до 0,)51i в зонах транспорта и испаре ния, где h ширина паза. На фиг, 1 .представлена тепловая fpy6a в зоне конденсации, сечение; 31 на фиг. 2 - то же, в зонах транспорта и испарения. Тепловая труба содержит корпус 1 с центральным паровым каналом 2 и капиллярной структурой на внутренней поверхности в виде пазов 3, снабженных покрытием 4 из пористого материала, выполненного переменной толщины, увеличивающейся в направлении от торца паза 5 к его устью 6 от -(0,15-0,2)h до (0,25-0,3)h в зоне конденсации и до 0,5h в зонах транспорта и испарения, где h ширина паза. Тепловая труба работает следующим образом. При подводе теплового потока к зоне испарения теплоноситель испаряется из покрытия 4,. пары его перемещаются по каналу 2 в зону конденсации, где конденсируются и по капил лярной структуре теплоноситель вновь возвращается в зону испарения. С целью уменьшения гидравлического сопротивлеьшя потоку теплоносителя пазы 3 необходимо не полностью заполнять пористым материалом. Для уменьшения свободной поверхности жидкости, соприкасающейся с потоком пара, пористое покрытие 4 в зонах испарения и транспорта тепловой трубы Ш)тсшнено так, что оно смыкается в устье паза 3. Для увеличения поверхности конденсации пористое покрытие 4 в зоне конденсации тепловой трубы выполнено таким, как показано на фиг. 1, т.е. толщина пористого Покрытия в устье паза 6 составляет 0,15-0,2 ширины последнего. йэшолнение пористого покрытия на поверхности пазов, выполненного из металлического порошка, позволяет в широких пределах регулировать величину удельной поверхности, изменяя размер и форму частиц порошка и пористости. Пористое покрытие на внутренней поверхности пазов позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи в режиме кипения в два раза, что установлено в процессе экспериментов, проведенных на теплоносителе-дистиллированной воде. Толщина пористого покрытия должна быть не менее 0,15 ширины паза. В противном случае исчезает дффект увеличения коэффициента теплообмена. Увеличение толщины покрытия более 0,2 от ширины паза приводит к уменьшению проходногэ се3II

чения паза, в результате чего резко возрастает гидравлическое сопротивление.

Оптимальная ширина пазов колеблется в пределах 0,3-0,6 мм (среднее значение 0,45), т.е. толщина пористого покрытия составляет 63-90 мкм. Такое покрытие позволяет интенсифицировать теплообмен и вместе с тем увеличивает максимальную теплопередающую способность теплов.ой трубы. Увеличение толщины пористого покрытия в устье пазов приводит к уменьшению эффективного радиуса капилляров в зоне испарения, что также позволяет увеличить максимальную теплопередающую способность. Толщина пористого покрытия в зоне испарения должна быть такой, чтобы его противоположные участки соприкагсались, так как только в зтом случае обеспечивается максимальный капиллярньш напор

26cos9 , Cicos е

ДРг

(А

пор

Толщина пористого покрытия

в устье паза в

а торце зоне конденсааза, мм ции , мм

0,2

0,25

О, 15 0,27 0,17 0,3 0,2

0,35 0,25

Таким образом, оптимальная тотщна покрытия следующая: на торце паза 0,15-0,2 от ширины паза; в устье

паза, в зоне конденсации 0,25-0,3 от ширины паза; в устье паза, в зонах испарения и транспорта 0,5 ширин паза.

В результате экспериментов уста- новлено: общая максимальная мощ- HocTbi достигнутая тепловой трубой с пазами,, покрытыми сеткой, составляет 72 Вт, при плотности теплового потока 3,0 Вт/см и при перепаде

температур между стенкой зоны испарения и паром 10,5 К, что соответствует термическому сопротивлению

60034

где (У - ширина канавки.

Обеспечивать соприкосновение противоположных участков пори сто Io покрытия в зоне конденсации нет необ5 ходимости, так как радиус мениска в этой зоне велик, и на поверхности пористого покрытия, как правило, будет появляться пленка жидкости. Дпя предотвращения этого явления

10 необходимо обеспечить зазор между двумя противоположными участками пористого покрытия не менее 0,4 от ширины паза. Превышение этой величины ведет к уменьшению поверхности кон15 денсации, в роли которой выступает пористое покрытие, служащее еще к тому же и капиллярным насосом дпя переноса теплоносителя в зону испарения.

20 Для экспериментального подтверждения выбора оптимальной толщины пористого слоя на поверхности канавок изготовпены 5 тепловых труб.

25 Толщина пористого покрытияИ значение максимального теплового потока тепловой трубы представлены в таблице.

Максимальный передавае 1й тепв ус-тье паза в ловой поток, зонах испарения В и транспорта, мм

0,5

171

276

0,5 278 0,5 275 0,5

192

0,5

0,13 К/Вт; максимальный передаваемой тепловой поток, достигнутый тепловой трубой с пористым покрытием, составляет 278 Вт при плотности тегшового потока 11,6 Вт/см и при перепаде температур, между стенкой зоны испарения и паром 18,5 К, что соответствует термическому сопротивлению 0,07 К/Вт.

Теплопередающая способность тепловой трубы по сравнению с известной увеличилась более чем в 3 раза, а термическое сопротивление в зоне испарения уменьлшлось почти в два раза.

ТЕПЛОВАЯ ТРУБА с зонами испарения, транспорта и конденсации, содержащая корпус с центральным паровым каналом и капиллйрной структурой на внутренней поверхности в виде продольных пазов с. покрытием из пористого материала, отличающаяся тем, что, с целью повышения ее теплопередагацей способности, покрытие выполнено переменной толщины, увеличивайщейся в направлении от торца паза к его устью от