Тепловая труба Советский патент 1982 года по МПК F28D15/04 

(54) ТЕПЛОВАЯ ТРУБА

1

Изобретение относится, к теплотехнике, в частности к тепловым трубам, преимушес1ъенно с комбинированной капиллярной структурой.

Известны тепловые трубы с капиллярной структурой из одного или нескольких слоев сетки, прикрепленной к внутренней поверхности корпуса трубы Г1 .

К недостаткам таких труб следует отнести их невысокую тепл опере дающую спо-, собность, в первую очередь длинных тепловых труб, обусловленную значительным гидравлическим сопротивлением сетчатой капиллярной структуры.

Известны также тепловые трубы с ка- 5 пиллярной структурой из гофрированной сетки С 2 .

К недостаткам таких труб относится низкая теплопередаюшая способность вви.ду невозможности их работы в режиме ки-20 пения, так как при наступлении режима кипения капиллярная структура из гофрированной сетки осушается и тепловая труба прекращает работать.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является тепловая труба, содержащая частично заполненный теплоноситель герметичный корпус с зо- . нами испарения и конденсации и капиллярной структурой в виде артерий, образованных продольными пазами на внутренней поверхности корпуса, разделенными перемычками и перекрытыми металлической сеткой СЗ.

Недостатками известной тепловой трубы являются низкая теплопередакшая способность и низкая эксплуатационная надежность при работе трубы в условиях пиковых тепловых нагрузок.

Целью изобретения является поклшение теплопередающей способности и повыщение эксплуатационной надежности при работе тепловой трубы в условиях пиковых тепловых нагрузок.

Поставленная цель достигается тем, что сетка выполнена гофрированной, причем впадины гофр введены в пазы на величину li ,9)Н, где Н - глубина пааа, с оёразованием открытых продольных каналов, имеющих поперечное сечение треугольной или трапециевидной формы с углом раскрытия dl () Вершины гофр расположены над перемычками на расстоянии от них г (0,5 1,5)Н с образованием дополнительных замкнутых артерий. На фиг, 1 изображена предложенная TenaoBa.rf труба; на фиг. 2 - сечение на фиг. 1| на фиг. 3 - капиллярная стру тура без дополнительной системы артерий узел I на фиг. 2; на фиг, 4 - то же, с дополнительной системой артерий; на фиг, 5 - то же, с дополнительной системой артерий из двух слоев сетки. Тепловая труба содержит частично заполненный теплоносителем герметичный корпус 1 с зонами испарения 2 и конденсации 3 и капиллярной структурой 4 в виде артерий 5, образованных продольными пазами 6 на внутренней поверхнос ти 7 корпуса 1, разделенными перемычками 8 и перекрытыми металлической сет кой 9. Последняя выполнена гофрированной, причем впадины гофр введены в пазы 6 на величину 11 (0,5-0,9)Н, где. Н - глубина паза, с образованием открытых продольных каналов 10, а вершины гофр распо.ожены над перемычками 8 на расстоянии от них 4i2(0,5-l,5)H с образованием дополнительных замк11утых артерий 11, Открытые продольные каналы 10 имеют поперечное сечение треугольной илитрапециевидной формы с угло раскрытия cZ t3O-5O). Предложенная труба работает следующим образом. При подводе тепла к зоне 2 испаре,нкя теплоноситель испаряется, пары его проходят в зону 3 конденсации и конденсируются там. Труба способна устойчиво работать при подводимых удельных тепловых потоках, соответствующих режиму кипения, а также устойчиво и надежно работать при пульсациях тепловой нагрузки. Это объясняется тем, что при наступлении режима пузырькового кипения идет процесс роста пузырьков, после дующего их отрыва от основания пазов и перемещения к поверхности раздела па жидкость. Если. в обычных пазах, покрытых сеткой, пузырьки пара, перемещаясь к поверхности раздела пир-жидкость, скапливаются под сеткой, образуя паро ю прослойку, что приводит, к отрыву жидкости от сетки и резкому заглублению ее в паз, т.е. к осушению зоны испарения и выходу трубы из строя, то в пазах 6 с заглубленной в них сеткой 9 кипения протекает следующим образом: пузырьки, отрываясь от основания паза 6 и перемещаясь к поверхности раздела пар-жидкость, наталкиваются на заглубленный слой сетки 2, при этом отдают свое тепло (температура сетки 9 ниже температуры пара пузырька) металлической сетке 9 и схлопываются, т,е, конденсируются на сетке 9, Эффективная теплопроводность такой структуры выше, чем у пазов, покрытых сеткой. Возможен перенос тепла и без отрыва пузырьков от основания паза 6, т.е. пузырьки как бы пульсируют, увеличиваясь в размере до соприкосновения с сеткой 9 и тут же схлопываются в результате конденсации на стеке 9. Затем процесс повторяется. Этот случай имеет место при заглублении сетки 9 в пазы 6 на величину -Ь, (0,8-0,9)Н, Система открытых каналов 10 при этом не перекрывается пузырьками, ее гидродинамика не нарушается, она не нарушается и при более развитом пузырьковом кипении,так как пу- зырьки в этом случае перемещаются к вер- шинагу пазов 6 вдоль сетки 9 и выходят из артерий 5 у боковых стенок пазов. Аналогично происходит и при пульсациях тепловой нагрузки. При резком возрастании нагрузки пар образуется только в объеме артерии 5, не нарушая гидродинамику в открытых каналах Ю, в результате чего труба продолжает работать в перегруженном режиме. Мгиксимальный эффект капиллярной структуры в виде продолговатых открытых каналов 10 достигается в том случае, когда «на вносит соизмеримый вклад с основной системой артерий 5 в гидродинамику (в массовый расход) теплсяюсителя, а это соответствует величине за- . глубления h(O,5-0,9)H при oL (30SO), Из этих же соображений выбирается и оптимальная величинаЬ, что подтверждается результатами экспери мента, Угол раскрытия сзС ( 30-50 ) является оптимальным, так как из геометрических соотношений при угле, меньшем 30°, сетка 9 уже соприкасается с боковыми стенками паза 6 и затрудняется выход пара, а при угле, болтзщем 5О° вклад открытых каналов 1О в массоперенос уменьшается ввиду резкого уменьшения площади их поперечного сечения. Таким образом, предлагаемая тепловая труба устойчиво и надежно работает в усповиях пиковых тепловых нагрузок. fl J3 и м е р 1. Тепловая труба содержит частично заполненный теплоносителем (ацетоном;J герметичный корпус 1 диаметром 18 мм из алюминиевого сплава АД1 длиной О,5 м. На внутренней поЕюрхности 7 корпуса 1 выполнена капиллярная структура 4 в виде системы артерий 5, образованных продольными па.зами 6 прямоугольной формы (глубиной 0,8 мм, шириной О,5 мм и с толщиной перемычек 8-О,5 мм) на внутренней поверхности 7 корпуса 1 и металлической сеткой. 9 из проволоки диаметром 40 мкм с размером ячейки 56 мкм (материал Г : оТм Тткры.е продольные кану .f1.-... - V - . ,- - - -л налы 1О имеют поперечное сечение трапециевидной формы с . раскрытия 30 П р им е р 2. Тепловая труба, отличается от тепловой трубы по примеру 1 тем, что внутри корпуса 1 выполнена дополнительно капиллярная структура в виде системы открытых продольных каналов 1О, образованных двумя слоями сетки 9. Нижний слой выполнен из сетки с размерамк: диаметр проволоки 30 мкм, размер ячейки 40 MKMJ верхний диаметр проволо ки 40 мкм, размер ячейки 56 мкм. Экономический эффект, получаемый в результате использования предложенной тепловой трубы,.возникает за счет повышения тепл опере дающей способности и по к 1шейяГ эксплуатационной надёжности пр работе тепловой трубы в условиях пиковых тепловых нагру-зок.

-И

««./ Формула изобретения 1. Тепловая труба, содержащая часично заполненный теплоносителем геретичный корпус с зонами испарения и онденсации и капиллярной структурой в иде артерий, образованных продольными азами на внутренней поверхности корпуа, разделенными перемычками ь перекрытыми металлической сеткой, отличающаяся тем, что, с цепью повышения теплопередающей способности и повышенияэксплуатационной надежности при работе тепловой трубы в условиях rs, --«. трапециевидной формы с углом раскрытия оС (30-50)°. 2. Труба по п, 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что вершины гофр расположены над перемычками на расстоянии от них 1i (0,5-1,5)Н с образованием дополнительных замкнутых артерий. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Низкотемпературные тепловые трубы для летательных аппаратов. Под ред. Г. И. Вб ронина, М., Машиностроение, 1976, с. 101. 2.Ивановский М. И. и Др. Технологические основы тепловых . М,, Атомиздат, с. 26. 3.Низкотемпературтые тепловые трубы для летательных аппаратов. Под. ред. Г. И. Воронина М., Машиностроение, 1976, с. 115.

Фиг. 2

{ д

X

.

. .

;-.... .:.-.-- f -...S-X- J

fffS