| | | Этот тип ТТ до сих пор привлекает исследователей. Например, испытывается осмотическая ТТ мощностью 1000 Вт, работаю-щая в диапазоне 20-100'С на водном растворе сахарозы (РЖ Теплотехника, 4 - 1981, 4Г 82).
ТТ-67. Абу-Ромия М.М. (Бруклинский политехнический институт, Нью-Йорк, 1971). Электроосмотическая ТТ.
Рабочая жидкость - дистиллированная вода с раствором солей калия и хлора (10-5 молей/литр). Разность потенциалов 20 В. Теплопередача в 3 раза выше, чем у обычных ТТ.
ТТ-68. Джонс Т.Б. (США, 1973). Электрогидродинамическая ТТ.
Корпус - тонкостенный из высокоэлектропроводного материала алюминий и др.) с торцевыми колпаками из изоляционного материала (типа оргстекла). Между этими колпаками натянут тонкий ленточный электрод. Между электродом и корпусом - небольшой кольцевой канал (около 20% периметра ТТ, поэтому в зонах испарения и конденсации должен быть КПМ для распределения жидкости по всей поверхности). Диэлектрическая жидкость собирается в зоне действия электрического поля, т.е. в кольцевом канале. При испарении жидкости в зоне испарения нарушается равновесие поверхностных электромеханических сил и жидкость начинает двигаться в кольцевом канале.
ТТ-69. А.с. СССР 568 809 (БИ, 30-1977). ТТ, содержащая вдоль оси электрод, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования теплопередающих свойств, электрод между зонами разделен изолирующей прокладкой на две части с независимым подводом напряжения и в зоне испарения имеет убывающую к прокладке площадь поперечного сечения.
Известны с пористым электродом (а.с. СССР 357 427), однако такое расположение электродов даст эффект, если теплоноситель - электролит. Если диэлектрическая жидкость, такая ТТ не работает.
Известны ТТ, содержащие продольные прорези в корпусе, в них изолирующие электроды (США). Разность потенциалов обеспечивает перемещение рабочей жидкости от зоны конденсации к зоне испарения. Электроды при этом находятся на расстоянии, изменяющемся по длине ТТ. Под действием разности потенциалов не создается неоднородного электростатического поля вдоль ТТ и потому не влияет на подсос теплоносителя из холодильника в испаритель.
Убывающее сечение необходимо, чтобы уменьшить межэлектродный зазор по направлению от зоны конденсации к зоне испарения.
ТТ-70. А.с. СССР 1 024 682 (БИ, 23-1983, с. 116). Электрогидродинамическая ТТ, содержащая высоковольтный ввод в зоне испарения и последовательно соединенного с высоковольтным резистором, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и увеличения надежности, в корпусе вдоль его оси дополнительно установлена перфорированная диэлектрическая вставка, а высоковольтный резистор выполнен в виде обмотки микропровода, размещенной на вставке и служащий её капиллярной структурой. 2. ТТ, отличающаяся тем, что вставка выполнена с переменным поперечным сечением, уменьшающемся в направлении зоны конденсации. 3. Обмотка многослойная, диаметр провода увеличивается в направлении парового канала. 5. Каждый слой обмотки выполнен с различным сопротивлением. 6. В каждом слое диаметр провода уменьшается к зоне испарения.
Временное изменение фазового состояния рабочей жидкости используется для улучшения технологии заправки и запуска ТТ.
ТТ-71. А.с. СССР 476 419 (БИ, 25-1975). Способ заполнения ТТ путем замораживания теплоносителя с последующим вакуумированием и герметизацией, отличающийся тем, что, с целью заполнения трубы дозированным количеством неконденсирующегося газа, трубу заполняют газом под определенным давлением, на заданной длине на узком участке намораживают пробку из теплоносителя, вакуумируют, герметизируют.
Объем участка между глухим концом и пробкой при данном давлении, соответствующему дозированному количеству газа.
ТТ-72. А.с. СССР 344 237 (БИ, 21-1972). Способ изготовления тепловой трубки. Перед герметизацией рабочее тело охлаждают до затвердевания - чтобы не было потерь (спирт, ацетон, эфир...).
ТТ-73. А.с. СССР 449 212 (БИ, 41-1974). Тепловая труба. Для запуска трубы и выведения на рабочий режим, перегородки выполнены из натрия. Рабочее тело - также натрий.
1.5.2. Транспорт рабочей жидкости (ПС1).
После формирования моно-ТС - классической ТТ - в период массового применения капиллярно-пористая структура еще имела резерв развития и какое-то время увеличение ГПФ шло за счет улучшения ее функционирования. Усиливались полезные свойства, лучше использовался объем, формировались специальные структуры КПМ (артериальные фитили, переменное сечение капиллярных каналов и др.).
Затем началось использование физэффектов, направленное на интенсификацию процесса возврата жидкости через КПМ. Введение новых физических принципов работы ТТ.
В дальнейшем от КПМ отказались совсем и появилось множество новых типов ТТ. Формирование новоймоно-ТС еще не закончилось. Здесь явно заметен переход к использованию " чистых" полевых воздействий. " Старое" идеальное вещество (КПМ) исключается из ТС, как не удовлетворяющее очередным попыткам увеличения ГПФ. Использование новых полей нельзя признать идеальным решением (они требуют усложнения в надсистеме, появления новых обслуживающих их ТС). Цель их применения состоит в другом -в поиске новых функциональных возможностей, формирование функциональных подсистем, которые в будущем будут поглощены новым идеальным веществом.
Все особенности процесса развития ПС1 отражены на рис.25 и, более подробно, в последовательно расположенных информационных карточках.
ТТ-74. Пат. Великобритании 1 118 468 (1965), Пат. США 3 528 494 (1966) ТТ с продольными канавками в стенке корпуса; для улучшения тепломассообмена при использовании малотеплопроводных жидкостей.
ТТ-75. Пат. США 3 786 861 (1971). Фитиль с параллельными продольными канавками с переменным по длине сечением: от 10 до 10 мм. Этим обеспечивается направленное движение жидкости - в сторону уменьшения сечения канавок. Фитиль имеет выемки в зонах испарения и конденсации для облегчения выхода избыточной жидкости.
ТТ-76. Пат. Великобритании 1 313 525 (1970). Фитиль изготовляется путем охлаждения паров на стенках ТТ, получается пористый слой.
ТТ-77. А.с. СССР 381 850 (БИ, 22-1973). ТТ с КПМ в виде нескольких сетчатых слоев различной структуры, отличающаясятем, что, с щелью увеличения интенсивности теплообмена и уменьшения гидросопротивления по жидкости при высоких тепловых нагрузках, слой с наименьшим размером ячеек расположен у стенок ТТ, а над ним размещены слои с постепенно увеличивающимся размером ячеек. Здесь также обеспечен направленный поток жидкости к стенкам, к источнику тепла.
ТТ-78. А.С. СССР 759 832. ТТ с КПМ из войлока; войлок из полых волокон бесщелочного боросиликатного стекла. Использование дополнительного объема (КПМ внутри КПМ).
См. также ТТ-55 - введено лиофильное вещество в капиллярную структуру.
ТТ-79. 1. Артериальные фитили. Впервые предложены Катцофом С. (США, 1966).
Стеклянная ТТ, рабочее вещество - спирт. Назначение артерии - обеспечение транспорта жидкости от конденсатора к испарителю при небольшом перепаде давления. В отличие от транспорта по КПМ, где требуются значительно больший перепад давлений (а значит и разность температур концов ТТ), артерия работает при перепаде температур в несколько градусов. Наибольшее распространение - в космической технике, в условиях невесомости. Например, ТТ фирмы ИРД для Европейской космической организации имеет диаметр 5, 25 мм, длину 1 м, перепад температур 6°С, мощность 15 Вт; алюминиевый сплав, ацетон. 2. Еще один вариант ТТ с артериальными каналами, расположенными в осевом направлении.
Закрытие всех шести каналов сеткой обеспечивало высокий движущий напор. Основное внимание при проектировании должно уделяться предотвращению закупорки артерии при попадании в нее газового или парового пузыря (жидкость должна быть дегазирована, артерия не должна касаться нагреваемой поверхности, обычно предусматривают несколько артерий). 3. Пат.. Вбр. 1 275 946 (1969) - артериальные фитили 20 типов для ТТ в космосе. 4. Существуют также технические решения предусматривающие формирование артерий в толще КПМ обычных ТТ для обеспечения транспорта жидкости при пиковых нагрузках.
Использование ультразвукового капиллярного эффекта явилось первым применением ФЭ для интенсификации транспорта жидкости в КПМ:
ТТ-80. А.с. СССР 399 692 (БИ, 39 - 1973). ТТ, содержащая корпус с капиллярной структурой внутри и ускоритель рабочего вещества при его циркуляции от зоны конденсации к зоне испарения и обратно, отличающаяся тем, что, с целью увеличения удельной теплоты потока, ускоритель выполнен в виде излучателя генератора УЗ-частоты, прикрепленного через акустический концентратор к корпусу преимущественно в зоне конденсации.
Скорость циркуляции рабочего вещества в КПМ возрастает в 40-50 раз, и, следовательно, величина удельной теплоемкости потока в 20-50 раз!
ТТ-81. А.с. СССР 418 684 (БИ, 9-1974). Тепловая труба, содержащая снабженный постоянными магнитами корпус с электропроводной рабочей жидкостью, отличающаяся тем, что, с целью увеличения теплового потока, корпус снабжен дополнительной магнитной системой, питаемой переменным током для создания совместно с постоянными магнитами в капиллярной структуре, размещенной на внутренней поверхности корпуса, колебаний рабочей жидкости с ультразвуковой частотой.
ТТ-82. А.С. СССР 504 051 (БИ, 7-1976). ТТ, содержащая корпус, КПМ, паровой канал, в котором размещен источник вибрационных колебаний, отличающаяся тем, что с целью повышения эффективности тепломассопереноса, источник вибрации выполнен в виде изогнутой металлической пластинки и прикреплен к наполнителю.
КПМ выполнен из упругого материала или содержит секцию 5 из такого материла. Пар движется, создавая турбулентные потоки, под действием которых пластинка вибрирует, колебания от нее передаются жидкости и КПМ (2, 5). Размеры пластинки подбираются так, чтобы генерируемая частота находилась в УЗ области.
ТТ-83. А.с. СССР 1 079 997. Тепловая труба по а.с. СССР 682 750, отличающаяся тем, что, с целью повышения теплопередающей способности при передаче теплового потока на большие расстояния, вне зоны испарения капиллярная структура разделена на участки, между которыми корпус выполнен с карманами, заполненными теплоносителем, в которых установлены дополнительные излучатели ультразвуковых колебаний,. образующие капиллярные зазоры с торцами участков капиллярной структуры, расположенных со стороны зоны испарения.
Затем последовало применение электроосмоса, магнитного и электростатического полей. Применение сильных полевых воздействий позволило вовсе исключить КПМ из системы.
Электроосмотические ТТ см. ТТ-67.
ТТ-84. А.с. СССР 616 519 (24.02.77). Способ работы тепловой трубы путем замкнутой циркуляции неэлектропроводного теплоносителя, между зонами конденсации и испарения, приводимого в движение диспергированными в теплоносителе магнитовосприимчивыми частицами, на которые воздействуют внешним вращающимся вокруг оси трубы магнитным полем, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплопереноса при одновременном обеспечении его регулирования, воздействие магнитного поля осуществляют в зоне конденсации, а магнитовосприимчивые частицы отделяют от теплоносителя на выходе из этой зоны.
Т.е. магнитное поле сначала используется для транспорта жидкости, затем для интенсификации теплопереноса и регулирования теплопередачи.
ТТ-85 А.с. СССР 357 427 (БИ, 33-1972). Тепловая трубка с продольными прорезями на внутренней поверхности, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, в прорезях размещены изолированные электроды, к которым приложена разность потенциалов. 2. Для снижения потребляемой мощности, электроды установлены друг относительно друга на расстоянии изменяющемся по длине трубки.
Жидкость изменяет агрегатное состояние. При подводе тепла к зоне А испаряется жидкость, пар удерживается в каналах между электродами капиллярными силами. Под действием разности потенциалов жидкость интенсивно перемещается от зоны Б к зоне А. Без электрического поля и капиллярного эффекта жидкость скапливается на участке конденсации.
ТТ.-86. ТТ с электрическим возвратом жидкости (Япония, РЖ Теплотехника, 3-1981, реферат ЗГ 83). Исследована ТТ с теплоносителем - смесь хладона и кремнийорганического масла; указывается, что возврат жидкости в зону испарения за счет электростатического поля в диапазоне температур от комнатной до точки плавления металлов обеспечивает эффективную теплопроводность в 100 раз больше, чем у ТТ с возвратом под действием капиллярных сил. Открывается возможность создания ТТ большой мощности.
Электростатические ТТ см. карточки ТТ-68, 69, 70.
Электростатическое поле предложено также использовать для определения характеристик КПМ.
ТТ-87. А.С. СССР 1 022 799 (29.07.81). Способ определения максимального капиллярного напора тепловой трубы путем создания в жидкости, заключенной внутри капиллярной структуры, перепада давления с постепенным увеличением до величины нарушения сплошности в капиллярной структуре, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей способа по температурному интервалу, перепад давления создают с помощью электромагнитных сил, измеряют вольтамперную характеристику устройства, создают эти силы и по излому последней судят о нарушении сплошности жидкости.
1.5.3.Транспорт пара (ПС2).
Работа транспортной зоны ТТ (парового канала) основана на разности давлений между горячим и холодным концами трубы. Скорости движения пара могут варьироваться в широком диапазоне в зависимости от свойств выбранной жидкости и рабочих температур. Уже в классической ТТ осевые скорости приближались к звуковому пределу, т.е. полезная функция этой подсистемы выполнялась на пределе исчерпания физического принципа работы ТТ.
Поэтому дальнейшее развитие ПС2 ограничивалось исключением вредных связей между ПС1 и ПС2 (унос жидкости с поверхности фитиля) и улучшением условий тепломассообмена в зонах испарения и конденсации (Рис. 38).
ТТ-88. Пат. США 3 568 762 (1967). Паровой канал выполнен в виде трубки - отделен от потока жидкости для предотвращения срыва и уноса капель.
См. ТТ-40 - паровой канал также отделен от жидкости.
ТТ-89. А.с. СССР 313 040 и 313 041 (БИ, 26-1971). Тепловая труба отличающаяся тем, что, с целью интенсификации теплообмена в трубу помещен полый открытый с торцов шнек в виде усеченного конуса с переменным шагом закрутки ребер, уменьшающимся от зоны испарения к зоне конденсации.
ТТ-90. А.с. СССР 781 524. ТТ - с целью интенсификации теплообмена в паровом канале установлена вставка, отверстия в которой выполнены радиально, а их оси - по касательной.
Решения в ТТ-89, 90 являются обычными для области тепломассообменной аппаратуры, насчитывающей сотни приемов интенсификации процессов обмена, в том числе, закрутку потоков паров с малыми гидравлическими потерями.
ТТ-91. А.с. СССР 1 027 501 (БИ, 25-1983, с. 139). Тепловая труба с зонами испарения и конденсации содержащая частично заполненный жидким рабочим телом корпус, по оси которого установлен шнек, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации теплообмена и массообмена в корпусе дополнительно установлена ленточная спираль, укрепленная на внутренней поверхности и образующая винтовой жидкостный канал, причем сумма углов подъема витков спирали и шнека составляет 100 - 800 2. … Шнек и спираль выполнена с противоположно направленными (в зоне испарения сумма углов подъема витков спирали и шнека равна 450). 3. … спираль выполнена из пористого материала. 4. … спираль выполнена с переменным шагом по длине корпуса, уменьшающимся в направлении зоны испарения.
1.5.4. Корпус (В2).
Корпус ТТ отказывает наименьшие влияние на увеличение ГПФ. Функция пограничного слоя - служить надежной изоляцией для внутренней среды ТС от воздействий внешней среды. Главное требование к В2 - механическая прочность и хорошая теплопроводность в зонах теплообмена (минимальное термическое сопротивление). Снижение теплопотерь в окружающую среду через транспортную зону является малозначительным показателем, т.к. скорость такого рассеивания тепла на несколько порядков ниже осевой скорости теплопередачи в ТТ.
Изменения В2 полностью зависели от требований надсистемы, в которой работала ТТ (Рис. 40). Характер этих изменений отвечает процессу динамизации ТС: жесткий корпус, шарнир, гибкий, использование теплового расширения, нитинол.
Информационные карточки отнесены к другим разделам, поэтому ниже приведено лишь их краткое упоминание:
ТТ - 100 - корпус из двух половинок, шарнир; ТТ - 39 - гибкая транспортная зона; ТТ - 109 - сильфон в транспортной зоне; ТТ - 31 - гибкая зона испарения (полимерная пленка); ТТ - 113 - гибкая зона конденсации (сильфон - холодный резервуар); ТТ - 114 - гибкая зона конденсации (сильфон связанный со второй ТТ); ТТ - 57 - полностью гибкая ТТ (автопокрышка); ТТ - 28 - лопатки центробежного насоса; ТТ - 58 - арматурный элемент; ТТ - 63 - корпус из нитинола;
ТТ-92. А.с. СССР 504 049. Тепловая труба…, отличающаяся тем, что, с целью повышения компактности тепловой трубы в период отсутствия теплового потока, корпус выполнен из сплава титан-никель и имеет в холодном состоянии изогнутую форму, например, волнообразную, а в рабочий период при разогреве трубы - прямолинейную.
1.5.5. Зоны теплообмена (ПС3)
Работа зон теплообмена непосредственно связана с функционированием ПС1 и ПС2. Основное направление усовершенствований - улучшение условий тепломассообмена (Рис.42).
ТТ-93. А.с. СССР 422 925 (БИ: 7-1975). Тепловая труба отличающаяся тем, что с целью повышения эффективности массообмена, внутри корпуса введен еще один охлаждающий элемент (КПМ располагается на его поверхности).
ТТ-94. А.с. СССР 1 071 919 (БИ, 5-1984, с. 133). ТТ с зонами испарения и конденсации, содержащая корпус с капиллярной структурой и центральной артерией, выполненными за одно целое из металлической сетки, отличающаяся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности, зона конденсации выполнена с увеличенным диаметром в виде диска, разделенной поперечной перфорированной перегородкой на камеры, верхняя из которых снабжена системой серповидных лопаток, обращенных узким концом к центру, а нижняя - плоской ленточной спиралью.
ТТ-95. А. с. 461 283 (БИ, 7-1975). Способ работы тепловой трубы с пористым фитилем путем замкнутой циркуляции неэлектропроводного теплоносителя между зонами испарения и конденсации под воздействием внешнего перпендикулярного к оси трубы магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью создания в пористом фитиле наведенной конвекции жидкого теплоносителя, в последний добавляют мелкие магнитовосприимчивые частицы, например в виде коллоидного раствора, а воздействие магнитного поля осуществляют в зонах испарения и конденсации. Наличие феррочастиц в жидкости способствует энергичному перемешиванию теплоносителя в фитиле под воздействием магнитного поля. Наведенная магнитоконвекция позволяет сдвинуть наступление кризиса кипения жидкости в сторону больших тепловых потоков. Частицы в 10 раз меньше размеров пор.
ТТ-96. Электрокинетическая ТТ (РЖ Теплотехника, 5-1981, 5Г 120 П). ТТ с устройством для электроосмотического перемещения жидкости. Для повышения теплопередачи КПМ выполнено в испарительной и конденсационной зонах с осевыми артериями и радиальными перегородками.
Устройство для электроосмотического перемещения выполнено в виде системы пористых электродов и пластин с продольными пазами (в конденсационной зоне), а конденсатопровод в виде камеры и гибкой трубки, размещенных по оси транспортной зоны.
ТТ-97. А.с. СССР 992 997 (БИ, 4-1983, с. 199). Антигравитационная тепловая труба...., отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности в зоне конденсации эластичные стенки с магнитовосприимчивыми частицами внутри последних.
|