CC BY
31
УДК 621.56
Ю.Е. Долгирев
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»
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. Егоров
студент,
кафедра технической физики, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАПУСКА ДВУХФАЗНОГО ТЕРМОСИФОНА С ОБЪЕМОМ ДЛЯ ПРИЕМА НЕКОНДЕНСИРУЕМЫХ ГАЗОВ
Аннотация. В данной работе было проведено исследование запуска двухфазного контурного термосифона с объемом для приема неконденсируемых газов. Получены удовлетворительные значения коэффициентов теплопередачи при значительных плотностях тепловых нагрузок.
Ключевые слова: двухфазный контурный термосифон, отвод тепла, распределение температур, плотность тепловой нагрузки, коэффициент теплопередачи, тепловизор.
Yu.E. Dolgirev, Yeltsin Ural Federal University
A.V. Kibardin, Yeltsin Ural Federal University
M.Sh. Gadelshin, Yeltsin Ural Federal University
A.V. Egorov, Yeltsin Ural Federal University
RESEARCH OF STARTING TWO-PHASE THERMOSYPHON WITH A VOLUME FOR RECEIVING A NON-
CONDENSABLE GASES
Abstract. In this research we have investigated a starting of two-phase loop thermosyphon with a volume for receiving a non-condensable gases. Satisfactory values of heat transfer coefficients for significant density heat loads were obtained.
Keywords: two-phase loop thermosyphon, heat removal, the temperature distribution, the density of the heat load, heat transfer coefficient, thermal imager.
Для охлаждения элементов электроники (микросхемы, светодиоды, мощные тиристоры и т.д.) представляют интерес теплообменники, работа которых основана на процессах фазовых превращений рабочего агента (теплоносителя). В этом аспекте наиболее привлекательно освоение двухфазных контурных термосифонов, для которых характерны высокая теплопере-дающая способность, автономность и надежность [1]. В данной работе рассмотрены результаты исследования работоспособности двухфазного контурного термосифона, снабженного дополнительным объемом для приема неконденсируемых газов.
Исследуемый термосифон выполнен в виде контура из соединённых транспортными каналами испарителя и конденсатора (рис. 1). Испаритель расположен горизонтально, внизу, а конденсатор - вертикально, справа. Испаритель, а также транспортные каналы для пара и жидкости выполнены из цельной трубки из нержавеющей стали внутренним диаметром 9 мм. Длина испарителя составила 243 мм. К концам испарительного канала, являющегося также нагрева-
телем, припаяны медные токовводы, служащие для подвода электрического тока. Конденсатор выполнен в виде двух параллельных трубок такого же диаметра, соединенных с паровым и жидкостным транспортными каналами через паровые и жидкостные коллекторы. Через верхний паровой коллектор термосифон соединён с камерой для приема неконденсируемых газов.
4 Изолятор
А ^
А2 АЗ А4
Рисунок 1 - Схема контурного термосифона; А1, А2, А3, А4, А5 и В - точечные области на испарителе (нагревателе) и радиаторе для определения значений температуры при обработке тепловизионных изображений
Рисунок 2 - График изменения температур в локальных областях А1, А2, ...А5 в процессе запуска термосифона при плотности тепловой нагрузки q =2,40 Вт/см2
Исследование основано на тепловизионных измерениях в процессе запуска термосифона при выделении тепла вследствие организации прохождения электрического тока по испарительному каналу. Были проведены измерения распределения температур по всему контуру устройства и на поверхности радиатора, покрытых черной матовой краской, с использованием тепловизора А320 с разрешающей способностью 0,08°С. Интенсивность теплоподвода q
определялась при известной площади внутренней поверхности цилиндрического испарителя по данным измерений потребляемой ею электрической мощности.
Измерения проведены при плотностях тепловых нагрузок д, равных 1,56 и 2,40 Вт/см . Из рисунка 2 видно, что запуск термосифона сопровождается первоначальным нагревом участков испарителя до температур, превышающих значительно температуры кипения для соответствующих давлений неконденсируемых газов. Результаты измерения распределения температур по длине испарителя-нагревателя в отдельные моменты времени процесса запуска представлены на рисунках 3 и 4 в виде величины АТполн = Тисп -Трад , где Тисп - локальная температура испарителя, Трад - средняя температура радиатора. Величина АТполн представляет
интерес, поскольку её среднее по длине испарителя значение АТполн. характеризует коэффициент теплопередачи термосифона в соответствии с выражением а = д/АТполн. ; поэтому можно говорить, что более низкие локальные значения АТполн свидетельствуют о более эффективном отводе тепла испарением на соответствующем локальном участке испарителя.
Рисунок 3 - Распределение величины АТполн по длине испарителя в различные моменты времени при плотности тепловой нагрузки д =1,56 Вт/см2
Рисунок 4 - Распределение величины АТполн по длине испарителя в различные моменты времени при плотности тепловой нагрузки д = 2,40 Вт/см2
Представленные результаты (рис. 3 и 4) свидетельствуют, что в процессе запуска термосифона через 5^7 минут после начала теплоподвода наступает режим работы, достаточно близкий к установившемуся; при этом распределение температуры АТполн почти постоянное, а значения достаточно низкие.
По данным измерений АТполн были проведены оценки коэффициента теплопередачи термосифона а в установившихся режимах работы. Они равны 1353 и 1929 Вт/(м2К) при плотностях теплоподвода q , равных 1,56 и 2,40 Вт/см , соответственно.
Проведённое исследование показало эффективную работу термосифона с дополнительным объемом для приема неконденсируемого газа: распределение температуры характеризуется как почти постоянное; вместе с тем получены достаточно удовлетворительные значения коэффициентов теплопередачи при значительных плотностях тепловых нагрузок.
Список литературы:
1. Пиоро Л.С., Пиоро И.Л. Двухфазные термосифоны и их применение в промышленности / Л .С. Пиоро - Киев: Наукова думка, 1988. - 135 с.
