Способ регулирования теплообмена Советский патент 1992 года по МПК F28F13/08 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для охлаждения объектов в радиоэлектронике, электротехнике, холодильной технике и т.п.

Известен теплообменник с регулируемым теплосъемом (авт.св. СССР Ns 1073553, кл. F 28 F 13/14; F 28 D 13/00), в котором регулирование теплового потока осуществляется за счет изменения теплопроводности промежуточного канала вследствие вариации уровня заполнения его жидкостью.

Недостатком способа регулирования является повышение затраты на прокачку жидкости и сложность управления.

В качестве прототипа принят способ работы теплообменного элемента (авт.св. СССР № 1456745. кл. F 28 F 13/08), в котором теплообмен между двумя текучими средами регулируется путем изменения конфигурации гибкой стенки посредством воздействия на нее постоянного электрического поля.

Недостатком этого способа является незначительная деформация стенки, что снижает технологичность и ухудшает возможность регулирования

Цель изобретения - повышение технологичности и эксплуатационных характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что изменение конфигурации гибкой стенки осуществляют воздействием импульсного электрического поля, причем сначала устанавливают частоту следования импульсов, равную частоте собственных колебаний стенки, а затем регулируют величину амплитуды импульсного электрического поля.

При наложении импульсного поля на гибкой стенке будет формироваться электрический заряд, воздействие на который полем приведет к деформации стенки. Причем при совпадении частоты собственных колебаний стенки с частотой действия поля или одной из ее гармоник произойдет резонанс, что значительно увеличит амплитуду колебаний, а соответственно и возможность регулировать теплообмен путем изменения величины напряжения импульсного поля, что повышает технологичность изменения конфигурации гибкой стенки и упрощает управление величиной теплопередачи, улучшая эксплуатационные характеристики

VI

О N3 О

Изменение теплопередачи происходит вследствие турбулизации пограничного слоя теплоносителя в каналах посредством колебаний гибкой мембраны или изменения эффективной теплопроводности в случае использования различных жидкостей текучих сред.

На чертеже изображено устройство для осуществления предлагаемого способа.

Каналы 1 и 2 для текучих сред разделе- ны, по крайней мере на каком-то участке, гибкой стенкой 3. На участке теплообмена стенки каналов 1 и 2 выполнены из электроизоляционного материала и снабжены электродами 4 и 5, подключенными к полюсам источника 6 импульсного напряжения.

В случае заземления одного из полюсов источника рабочая жидкость и канал могут быть электропроводными (на чертеже это канал 1), а другая жидкость должна быть изолирующей, например трансформаторное масло, хладон-113, гексан и др. Причем в случае разнородных жидкостей по электропроводности ограничения на материал гибкой стенки нет, а при одинаковых теплоносителях гибкая стенка должна быть электропроводной, что обеспечивает формирование на ней зарядов. Возможно выполнение каналов и электропроводными, но в этом случае необходимо изолировать электроды 4 и 5.

Способ осуществляется следующим образом.

По каналам 1 и 2 обеспечивают проток теплоносителей. На источнике 6 высокого напряжения устанавливают частоту следования импульсов равной частоте собственных колебаний гибкой стенки 3, которая вычисляется заранее или определяется экспериментально. Затем регулируют величину амплитуды импульсного поля, что вызывает деформацию стенки и, как следствие, изменяет теплопередачу между теплоносителями. В случае, когда тепло необходимо передать от одной стенки каналов к другой или от одного электрода к другому, предлагаемый способ также позволя- ет регулировать величину эффективной теплопроводности. При этом каналы 1 и 2 могут быть замкнутыми, герметичными без проточного теплоносителя, но жидкости, разделенные гибкой стенкой 3, должны быть различными (по теплопроводности и электропроводности). При установлении резонансной частоты импульсного поля (частоты собственных колебаний гибкой стенки) будет достигнута наибольшая ее деформация при одинаковой амплитуде импульсов, т.е. обеспечивается максимальное регулирование теплопередачи. Аналогичная картина будет достигаться в случае установления кратных высших гармоник импульсного поля (,2,3...).

Величина потенциала определяется условием необходимого изменения геометрии гибкой стенки и зависит от конкретных конструктивных особенностей устройства: материала стенки и ее массы, расстояния между электродами, теплоносителями, упругостью гибкой стенки. При этом стенка может иметь как один прогиб, так и несколько, что определяется ее эластичностью и номером гармоники (п).

Пример (круглая мембрана из мягкой резины, закрепленная по контуру диаметром 50 мм). Натяжение мембраны выбиралось небольшим, так что общее увеличение площади поверхности составило около 10%. Для выбранной модели предварительно оценивали частоту основного тока по уравнению

«-&

где ц 2,4;

Я 3,14;

I - радиус мембраны; I 25 мм;

о -плотность резины, р 1.15-103 кг/м3;

То-натяжение мембраны, ,075 Н.

Частота основного тона при выбранных характеристиках, как следует из формулы, будет « 3 Гц.

В процессе эксперимента описанную мембрану размещали в середине межэлектродного пространства плоскопараллельного конденсатора, межэлектродное расстояние от 7 до 10 мм. Величина высокого потенциала устанавливалась около 30 кВ, что гарантировало отсутствие пробоев. Первоначально выбранная частота следования импульсов составляла 10 Гц. При этой частоте отмечались колебания малой амплитуды (рябь). По мере уменьшения частоты амплитуда колебаний возрастала и достигла максимальной величины (порядка 1-2 мм) при частоте 3-4 Гц, Дальнейшее снижение частоты сопровождалось уменьшением амплитуды колебаний мембраны. Иначе говоря, при совпадении частоты импульсного поля с частотой собственного тона мембраны достигается ее максимальная амплитуда и, как следствие, наибольшее увеличение коэффициентов теплопередачи.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить технологичность изменения теплопередающей способности устройств, надежность обеспечения заданной температуры и увеличить диапазон регулирования термического сопротивления.

Формула изобретения

сти и эксплуатационных характеристик, изменение конфигурации гибкой стенки осуществляют воздействием импульсного электрического поля, причем сначала устанавСпособ регулирования теплообмена между двумя теплоносителями путем периодического изменения с помощью электри-5 ливают частоту следования импульсов, равную ческого поля конфигурации разделяющейчастотесобственныхколебанийстенки.азатем

сти и эксплуатационных характеристик, изменение конфигурации гибкой стенки осуществляют воздействием импульсного электрического поля, причем сначала устанавливают частоту следования импульсов, равную частотесобственныхколебанийстенки.азатем

Использование: для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: по каналам 1 и 2 пропускают потоки теплоносителей. На разделяющую потоки гибкую стенку 3 воздействуют импульсным электрическим полем. При этом устанавливают частоту следования импульсов, равную частоте собственных колебаний стенки 3, а затем регулируют величину амплитуды импульсного электрического поля 1 ил

потоки гибкой стенки, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичноU

.- / -

регулируют величину амплитуды импульсного электрического поля.