Книги по строительству и ремонту

Тепловые трубы

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Вращающаяся тепловая труба

Вращающаяся тепловая труба представляет собой двухфазный термосифон, в котором конденсат возвращается в испаритель под действием центробежных сил. Вращающая тепловая труба состоит из герметичной полой емкости, внутренняя часть которой слегка коническая и содержит определеннее количество рабочей жидкости  (5-11).

Подобно обычной тепловой трубе с капиллярной структурой вращающаяся тепловая труба имеет три характерных участка: испаритель, адиабатный участок и конденсатор. Вращение вокруг оси обусловливает появление центробежного ускорения aV, составляющая которого вдоль стенки трубы равна <o2rsina. Соответствующая    сила   заставляет

сконденсировавшуюся рабочую жидкость возвращаться по стенке к испарителю.

Первое упоминание о вращающейся тепловой трубе содержится в статье Грея [5-14].

Центробежные силы существенно влияют на процессы тепло- и массообмена во вращающейся тепловой трубе, и в этой связи в дальнейшем будет проанализировано влияние, центробежных сил на процессе тепло- и массообмена на трех вышеупомянутых участках.

В опубликованной Греем с соавторами работе [5-15] по характеристикам испарения во вращающихся парогенераторах предполагается, что при наличии больших центробежных ускорений поверхность раздела жидкой и паровой фазами становится гладкой и устойчивой. При работе с водой при давлении в одну атмосферу и центробежных ускорениях до 400 g были получены тепловые потоки до 257 Вт/см2^ Коэффициенты теплоотдачи при кипении были такими же, как и при 1 g, однако максимум теплового потока, или критическая плотность теплового потока, увеличивался с ростом центробежного ускорения. Костелло и Адаме [5-16] вывели теоретическое соотношение, согласно которому критический тепловой поток увеличивается с ускорением в степени одна четвертая.

Во вращающейся зоне конденсации высокие значения коэффициента конденсации поддерживаются благодаря эффективному удалению конденсата под действием центробежных сил. Болбек [5-17] провел анализ конденсации типа анализа Нуссельта, в котором пренебрег действием потока пара на поверхность жидкости. Даниэле и Джумейли [5-18]j провели аналогичный анализ, но с учетом силового взаимодействия между осевым потоком пара и вращающейся поверхностью жидкости. Они пришли к выводу, что влияние этого взаимодействия на теплоотдачу при конденсации мало и им можно пренебречь. Исключение составляет лишь случай больших тепловых потоков. Упомянутые авторы также сравнили свои теоретические расчеты с результатами измерений во вращающихся тепловых трубах, использующих армрн (фреон)-! 13, арктон (фреон)-21 и воду в качестве рабочих жидкостей. Они указывают, что имеется оптимальное количество рабочей жидкости, заправляемой в тепловую трубу данной геометрии, вращающейся с заданнвй скоростью при выбранном тепловом потоке. Результаты экспериментов, по-видимому, подтверждают теорию в охваченном опытами диапазоне тепловых потоков с учетом погрешности эксперимента.

Обычно вращающаяся тепловая труба имеет термическую проводимость, сравнимую или более высокую, нежели простая тепловая труба с капиллярной структурой. Малая эквивалентная проводимость, о которой -говорится в работе Даниелса и Джумейли [5-18], может быть обусловлена сочетанием очень малой-теплопроводности жидкого фреона с относительно большой толщиной  слоя жидкости  в  конденсаторе.

На адиабатном участке, как и в соответствующей области обычной тепловой трубы с капиллярной структурой, жидкость и пар будут течь в противоположных направлениях, причем скорость пара будет значительно выше скорости жидкости.

5-7-1.  Факторы, ограничивающие   теплопередающую способность вращающейся  тепловой   трубы.   Факторы, ограничивающие теплопередающую  способность  тепловой  трубы,  будут  следующими:   достижение   скорости звука," неустойчивость границы раздела жидкость — пар, "кипение в  испарителе  и  ограничение   по   конденсации (а  также  наличие  неконденсирующихся  газов).   Ограничение по  скорости  звука  и  влияние неконденсирующегося газа такие же, как и в обычной тепловой трубе с капиллярной структурой. Неустойчивость поверхности раздела      (унос)     появляется     да в том случае, когда касательные    напряжения,    связанные с    противоточным   движением      100(1 потоков пара и жидкости, окажутся достаточными для срыва капель и переноса их в конденсатор.  Радиальные центробежные   силы   играют   очень важную роль, препятствуя образованию ряби на поверхности жидкого конденсата, из-за которой происходит срыв капель.

Влияние вращения на ограничение по кипению в испарителе уже упоминалось при рассмотрении работ L5-15] и [5-16]. так же, как и на ограничение по условиям конденсации [5-18].

5-7-2. Применение вращающихся тепловых труб. Вращающаяся тепловая труба, несдмненно, может быть использована для охлаждения вращающихся элементов, нагревающихся за счет энергии, выделяющейся при трении, например, роторов электрических машин, вращающихся отрезных резцов, тяжело нагруженных подшипников и валков прессов. Полачек [6-20] приводит результаты экспериментов по охлаждению двигателей переменного тока с вращающимися тепловыми трубами, вмонтированными в полые валы двигателей (5-13). Он указывает, что можно повысить нагрузку двигателя с тепловой трубой на 15% без какого-либо увеличения температуры обмотки. Грей [5-14] предлагал использовать вращающуюся тепловую трубу в системах .кондиционирования воздуха. Гроль с соавторами [5-21] описывают применение вращающейся тепловой трубы для выравнивания температуры во вращающемся барабане. Барабан использовался для натяжки пластмассовых волокон и вращался с частотой 4000—6000 об/мин; температура барабана равнялась 250 С. В качестве 'рабочей жидкости Гролем был выбран дифенил.