Книги по строительству и ремонту

Тепловые трубы

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Электроосмотическая и электрогидродинамическая перекачка рабочей жидкости

Одним из успешно использовавшихся способов увеличения перекачивающей способности тепловых труб является применение электрокинетики, которая включает в себя электроосмотическую перекачку

Под электрокинетикой понимаются электрические явления, сопровождающие относительное движение жидкости и твердых тел. Эти явления обычно связывают с разностью потенциалов на границе раздела любых двух фаз, участвующих в относительном перемещении. Так, если образующаяся разность потенциалов является следствием существования на поверхности раздела электрически заряженных слоев противоположного знака, то приложением электрического поля можно обеспечить перемещение одного слоя относительно Другого. Если твердая фаза неподвижна, как, например, фитиль тепловой трубы, а- жидкость может перемешаться, то в этих условиях иод воздействием приложенного поля жидкость будет стремиться течь через поры фитиля. Это движение известно как электроосмос. Электроосмотическая тепловая труба была спроектирована и испытана Абу-Ромия в Бруклинском политехническом институте в Нью-Йорке [5-6]. Ее размеры такие же, как и трубы типа «А», использовавшейся Костровом с сотрудниками [5-7], т. е. полная длина 41   см,  а  диаметр  приблизительно  5  см.   Фитиль  был изготовлен из мелких стеклянных шариков. Рабочей жидкостью служила дистиллированная вода, находящаяся в равновесии с атмосферной двуокисью углерода и содержащая Ю-5 HCI, 10~5 KCI и 10"5 КОН (концентрация выражена в молях па 1 литр).

Электроосмотический эффект достигался введением двух пористых электродов, как это показано на 5-4 и приложением к ним разности потенциалов. Абу-Ромия проводил опыты при разности потенциалов 20 В. Он предполагает, что передающая способность трубы будет возрастать с увеличением разности потенциалов Е, хотя при очень высоких напряжениях на передающую способность трубы будет влиять электрический нагрев среды.

Наиболее высокое значение передающей способности тепловой трубы было получено при использовании раствора гидроокиси калия, оно превосходит передающую способность  модели  Косгрова  при работе  в  горизонтальном положении более чем вдвое, а при работе в вертикальном положении с испарителем, расположенным над конденсатором, более чем втрое. В последнем случае передавались примерно 2,4 кВт. Был сделан вывод, что использование электроосмотического принципа перекачки жидкости в тепловых трубах может существенно улучшить их характеристики, особенно в тех случаях, когда максимальная теплопередающая способность трубы ограничивается способностью фитиля к передаче жидкости, как это имеет место при работе против силы тяжести. Этот принцип может также использоваться для облегчения запуска тепловых труб и улучшения переходных процессов. Главная трудность заключается в подборе фитилей и рабочих жидкостей с высоким электрическим сопротивлением.

Джонсом [5-8] предложена еще более радикальная модификация тепловой трубы. В ней сплошная капиллярная структура может быть заменена системой электродов, с помощью которых создается электрогидродинамическая сила.

Обычная тепловая труба ограничивается использованием -диэлектрических жидкостей в качестве рабочего тела. Поскольку последние характеризуются относительно плохим смачиванием фитиля, по могут использоваться в области температур пара от 150 до 350°С, где вообще трудно найти подходящую рабочую жидкость, любое улучшение характеристик тепловой трубы является весьма полезным.

Предложенная Джонсом электрогидродинамическая тепловая труба должна состоять из тонкостенного корпуса из алюминия или какого-либо другого высокоэлектропроводного материала с торцевыми колпаками, изготовленными из изоляционного материала типа оргстекла. Между этими колпаками натянут тонкий ленточный электрод, ч Он располагается таким образом, что между ним и стенкой тепловой трубы по всей ее длине образуется небольшой кольцевой канал. (Этот канал занимает всего лишь примерно 20% периметра тепловой трубы, поэтому труба должна быть снабжена обычными устройствами для раздачи жидкости по всей поверхности испарителя.)

При приложении достаточно высокого напряжения рабочая жидкость собирается в зоне действия электрического поля большой напряженности между ленточным электродом и стенкой тепловой трубы, т. е. образуется своего рода артерия, как это показано на 5-5. В результате испарения жидкость в зоне испарения как бы втягивается в зазор, тогда как охлаждение в конденсаторе обусловливает выпучивание поверхности раздела наружу. Это обстоятельство приводит к неравенству поверхностных электромеханических сил, действующих по нормали к поверхности жидкости, и обусловливает появление отрицательного градиента давления в направлении от испарителя к конденсатору. В итоге между двумя концами тепловой трубы устанавливается поток рабочей жидкости.

Джонс рассчитал, что даутерм-А может перекачиваться на расстояние примерно 50 см против силы тяжести, что намного больше значений, достижимых" с помощью обыкновенных фитилей. Приложения подобных устройств могут включать регулирование температуры и заполнение артерий.

В числе других предложений по улучшению способности  трубы  к  перекачке   рабочей   жидкости   против. силы тяжести упоминается описанный ниже «антигравитационный» термосифон.