CC BY
53
УДК 621.56
М.Ш. Гадельшин
канд. физ.-мат. наук, доцент, кафедра технической физики, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
А.В. Кибардин
канд. физ.-мат. наук, доцент, кафедра вычислительной техники, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
В.М. Гадельшин
мл. науч. сотрудник, кафедра технической физики, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Е.А. Пряхина
студент,
кафедра технической физики, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИСПАРИТЕЛЯ ПЛОСКОЙ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ
Аннотация. В данной работе выполнено исследование функционирования испарителя плоской тепловой трубы с использованием тепловизора FLIR A320. Показано, что испаритель работает эффективно при отводе тепла на большой площади.
Ключевые слова: плоская тепловая труба, отвод тепла, распределение температур, плотность тепловой нагрузки, коэффициент теплоотдачи при испарении, тепловизор.
M.Sh. Gadelshin, Yeltsin Ural Federal University
A.V. Kibardin, Yeltsin Ural Federal University
V.M. Gadelshin, Yeltsin Ural Federal University
E.A. Pryakhina, Yeltsin Ural Federal University
A STUDY OF FUNCTIONING EVAPORATOR OF THE FLAT HEAT PIPE
Abstract. In this research we have investigated functioning of the flat heat pipe evaporator using a thermal imager FLIR A320. It is shown that the evaporator operates efficiently at removing heat at a large area.
Keywords: flat heat pipe, heat removal, the temperature distribution, the density of the heat load, evaporation heat transfer coefficient, thermal imager.
Для отвода тепла от различных приборов электроники, характеризующихся значительными по размеру плоским поверхностями тепловыделения, применяются с успехом плоские тепловые трубы [1; 2]. В данной работе проведено исследование плоской тепловой трубы, выполненной с зонами испарения и конденсации достаточно большой площади. Материалом всех элементов плоской тепловой трубы (ПТТ) служит нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т. Корпус выполнен из двух листов толщиной 0,3 мм. Капиллярно-пористая структура получена диффузионной сваркой одновременно нескольких слоев мелких сеток с внутренней поверхностью листов корпуса; она состоит из трех слоев с размерами ячеек 0,080 мм и шести слоев сеток с размерами ячеек 0,056 мм.
В середине между капиллярно-пористыми структурами расположена крупная сетка толщиной 2 мм, выполненная из проволоки диаметром 1 мм с шагом 3 мм. Крупная сетка является паропроводом и элементом жесткости, она также соединена обеими сторонами диффузионной сваркой с капиллярно-пористой структурой. Размеры плоской тепловой трубы составили: длина
- 260 мм, ширина - 144 мм, толщина - 3,5 мм.
Система подвода тепла в зону испарителя включает в себя две стальные пластины длиной 133 мм, шириной 38 мм и толщиной 1,2 мм, расположенные по обеим сторонам плоской тепловой трубы и отделенные от корпуса слоем теплопроводной пасты КПТ-8 толщиной 0,15 мм для обеспечения электрической изоляции. Нагрев осуществляется организацией электрического тока через пластины.
Исследование заключается в измерении распределения температур на поверхности пластин нагрева и адиабатической зоне с использованием тепловизора FLIR A320 с разрешающей способностью 0,08°С. Интенсивность теплоподвода д определялась при известной
площади нагревательных пластин 5 электрической мощностью системы нагрева по данным измерения напряжения и и тока I по формуле:
иг
д=иг.
Система отвода тепла выполнена из двух плоских медных пластин, расположенных с обеих сторон плоской тепловой трубы и охлаждаемых водой. Нагреватель и система охлаждения установлены с расстоянием между ними 133 мм.
Для повышения точности проведения измерений тепловизором на исследуемых поверхностях нанесено покрытие, обеспечивающее близкое к единице значение коэффициента излучательной способности.
Рисунок 1 - Распределение величины ДТ по ширине нагревателя при плотностях тепловых нагрузок д , равных 3717 и 4915 Вт/м , соответственно
Измерения проведены при плотностях тепловых нагрузок д, равных 3717 и 4915 Вт/м . Результаты измерения распределения температур при горизонтальном расположении ПТТ представлены на рисунках 1 и 2 в виде величины ДТ = Тнагр -Та6иа6 , где Тнагр - локальная температура нагревателя, Тадиаб - средняя температура в адиабатической зоне. При заданной тепловой нагрузке в адиабатной зоне имеет место постоянство температуры, определяемое тем-
пературой пара; значения Тадиаб составили около 50°С (стандартное отклонение каждого результата измерения составило менее 0,8°С).
Величина ДТ характеризует коэффициент теплоотдачи при испарении а в соответствии с выражением а = д/ДТ ; более низкие значения ДТ свидетельствуют о более эффективном отводе тепла испарением. Для удаленных от охладителя участков нагревателя (участок Н1), для которых затруднена подача теплоносителя, имеет место достаточно эффективный теплоотвод, превышение температуры нагревателя не более 2°С (рис. 1). Из рисунка 2 следует, что крайние участки по длине нагревателя лучше охлаждаются, что объясняется более благоприятными условиями подачи к этим участкам теплоносителя.
1,5 1
0.5
0 -'-*-1-'-'-*-1
Ь1 Ь2 ЬЗ Ь4 Ь5 Ьб
Рисунок 2 - Распределение величины ДТ по длине нагревателя при плотностях
2
тепловых нагрузок д , равных 3717 и 4915 Вт/м , соответственно
По данным измерений были проведены оценки коэффициента теплоотдачи при испарении а. Они равны 1380 и 1650 Вт/(м К) при плотностях теплоподвода д, равных 3717 и 4915
Вт/м , соответственно.
Проведённое исследование показывает эффективную работу испарителя плоской тепловой трубы данной конструкции теплоотдачей при испарении на всей площади нагревателя (плоского тепловыделяющего элемента) столь больших размеров.
Список литературы:
1. Дан П.Д., Рей Д.А. Тепловые трубы / пер. с англ. Ю.А. Зейгарник. М.: Энергия, 1979.
272 с.
2. Герасимов Ю.Ф., Долгирев Ю.Е., Гадельшин М.Ш. Крупногабаритные плоские тепловые трубы // II Минский международный форум (18-22 мая 1992 г.) «Тепломассобмен ММФ-1992». Т. VII. Тепломассообмен в капиллярно-пористых средах. Минск: Академия наук Беларуси «АНК Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова», 1992. С. 108-114.
