Применение емкостных датчиков для изучения процессов конденсации в коротких низкотемпературных тепловых трубах Текст научной статьи по специальности «Физика»

"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов

УДК 681.3:536.24.08

ПРИМЕНЕНИЕ ЕМКОСТНЫХ ДАТЧИКОВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ КОНДЕНСАЦИИ В КОРОТКИХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛОВЫ1Х ТРУБАХ

А. В. Серяков, А. П. Алексеев

ООО «РУДЕТРАНССЕРВИС» Российская Федерация, 173000, г. Великий Новгород, ул. Нехинская, 55

E-mail: seryakovav@yandex.ru

Представлены результаты экспериментальных исследований толщины пленки жидкого конденсата в коротких низкотемпературных тепловых трубах в зависимости от тепловой нагрузки на испаритель. Результаты получены с помощью метода регистрации изменений электрической емкости АС емкостного датчика при изменении толщины слоя жидкого конденсата на его поверхности.

Ключевые слова: низкотемпературные тепловые трубы, емкостные датчики конденсации, толщина пленки конденсата.

APPLYING THE CAPACITIVE SENSORS FOR THE STUDY OF CONDENSATION PROCESSES IN THE SHORT LOW-TEMPERATURE RANGE HEAT PIPES

A. V. Seryakov, A. P. Alekseev

LLC «RUDETRANSSERVICE» 55, Nekhinskaya Str., Velikiy Novgorod, 173000, Russian Federation E-mail: seryakovav@yandex.ru

The research presents the results of experimental investigations of the film thickness of the liquid condensate in the short low-temperature heat pipes depending on the heat load on the evaporator. It also shows the results obtained using the well known method of registration of changes in the electrical capacitance AC of the capacitive sensor when the film thickness of liquid condensate on its surface changing.

Keywords: Low-temperature range heat pipes, capacitive condensation sensors, liquid film thickness.

Интенсивное развитие и применение коротких низкотемпературных тепловых труб (ТТ) с паровым каналом, выполненным в виде сопла, близкого к соплу Лаваля, ставит задачи детального изучения процессов внутреннего течения и определения толщины пленки конденсата рабочей жидкости при работе ТТ. Для решения этих задач разработаны емкостные датчики оригинальной конструкции, измерительная поверхность которых введена внутрь и совпадает с поверхностью конденсации коротких ТТ [1—5]. Схема такой ТТ приведена на рис. 1.

Оснащенная емкостным датчиком, подготовленная и заполненная диэтиловым эфиром ТТ готова к измерениям (рис. 2). Для проведения измерений толщины слоя жидкого конденсата применяли две идентичных ТТ с одинаковыми емкостными датчиками, основная из которых заполнена диэтиловым эфиром, а опорная (дополнительная) заполнена осушенным воздухом с температурой точки росы ниже 233,15 К (-40 °С).

После изготовления проводят калибровку датчика (рис. 3). При калибровке используют специально изготовленный экспериментальный стенд.

Для проведения измерений толщины слоя жидкого рис. 1. Схема низкотемпературной тепловой трубы:

конденсата внутри ТТ был применен метод регистра- 1 - верхняя крышка; 2 - цилиндрический корпус ТТ; 3 - кони-ции изменений электрической емкости ДС емкостного ческий турбулизатор; 4 - капиллярно-пористая вставка; 5 -датчика при изменении толщины слоя жидкого кон- нижняя крьшга; б - инжекг°рные каналы; 7 - капиллярн°-

денсата на его поверхности. п^исмй испаритель; 5 - е^с™ да™, измеряющий

толщину пленки жидкого конденсата

<Тешетневс^ие чтения. 2016

Рис. 2. Схема открытого малогабаритного емкостного датчика:

1 - фланец с измерительной поверхностью; 2 - стеклянные изоляторы; 3 - измерительные электроды с измерительными торцевыми поверхностями; 4 - заземляющий электрод. Верхняя поверхность шлифована и называется измерительной поверхностью емкостного датчика

6 5 4 3

1 и|и1 и IЬи-ЧГ^.АА, тт

Рис. 3. Результаты калибровки емкостного датчика: 1 - «затопленный» емкостный датчик, слой калибровочной жидкости (воды) находится непосредственно над измерительной поверхностью датчика; 2 - «сухой» емкостный датчик, находящийся в перевернутом положении над поверхностью воды, приближающейся к измерительной поверхности датчика. Прямая шкала от 0 до 8 мм предназначена для «затопленного» датчика, кривая 1; обратная шкала от 8 мм до 0 предназначена для «сухого» датчика, кривая 2; калибровочная жидкость -диэтиловый эфир в = 4,2 (298 К)

ю 5Т.К

Рис. 4. Зависимость толщины пленки конденсата рабочей жидкости на поверхности конденсации от величины перегрева испарителя ТТ относительно температуры кипения рабочей жидкости §Т = Тв - Т, К, в полулогарифмической системе координат

Применяя калибровочную характеристику емкостного датчика и зависимость величины разностной частоты Д/ измерительного и опорного генераторов от изменения емкости датчика в тепловых трубах с ди-этиловым эфиром, провели измерения усредненных во времени значений толщины слоя диэтилового эфира на поверхности конденсации внутри ТТ в зависимости от перегрева испарителя относительно температуры кипения диэтилового эфира.

Получена резко уменьшающаяся зависимость толщины пленки жидкого конденсата, абсолютная погрешность измерений толщины не более 2-10-3 мм (рис. 4).

Библиографические ссылки

1. Патент РФ на полезную модель № 152108. Емкостный датчик для определения толщины слоя жидкости / А. В. Серяков ; дата подачи заявки: 02.09.2014; опубл. 27.06.2015. Бюл. №18 2015.

2. Seryakov A. V. Pulsation flow in the vapour channel of short low temperature range heat pipes // International Journal on Heat and Mass Transfer. Theory and Application. 2014. Vol. 2, № 2. P. 40-49.

3. Алексеенко С. В., Накоряков В. Е., Покусаев Б. Г. Волновое течение пленок жидкости. Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1992. 255 с.

4. Кротов С. В., Назаров А. Д., Павленко А. Н., Печеркин Н. И., Серов А. Ф., Чехович В. Ю. Емкостный измеритель локальной толщины пленки жидкости // Приборы и техника эксперимента. 1997. № 1. С. 149-152.

5. Ozgu M. R., Chen J. C., Eberhardt N. A capacitance method for measurement of film thickness in two-phase flow // Review of Scientific Instruments. 1973. Vol. 44, № 12. P. 1714-1716.

References

1. Seryakov A. V. Capacitive sensors for determining the layer thickness of the liquid. Patent RF № 152108. Bull. № 18. 2015.

2. Seryakov A. V. Pulsation flow in the vapour channel of short low temperature range heat pipes // International Journal on Heat and Mass Transfer. Theory and Application. 2014. Vol. 2, № 2. P. 40-49.

3. Alekseenko S. V., Nakoryakov V. E., Pokusaev B. G. Wave flow of liquid films. Novosibirsk: Siberian publishing firm All-Russian Inc. "Nauka", 1992. 256 p.

4. Krotov S. V., Nazarov A. D., Pavlenko A. N., Pecherkin N. I., Serov A. F., Chexovich V. Y. Emkostnyi izmeritel lokalnoyi tolshiny plenki zhidkosti // Pribory i technika experimenta. 1997. № 1. P. 149-152.

5. Ozgu M. R., Chen J. C., Eberhardt N. A capacitance method for measurement of film thickness in two-phase flow // Review of Scientific Instruments. 1973. Vol. 44, № 12. P. 1714-1716.

© Серяков А. В., Алексеев А. П., 2016