Работа в СНИЛ "Разработка замкнутых двухфазных теплопередающих систем и методов повышения их эффективности" продолжается

Исследовательские и инженерные работы по созданию теплообменников на базе тепловых труб и термосифонов получили широкое развитие. На протяжении многих лет тепловые трубы и двухфазные термосифоны разрабатываются и исследуются в Институте тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова НАН Беларуси. В лаборатории пористых сред созданы разнообразные конструкции тепловых труб и термосифонов для работы в широком диапазоне тепловых нагрузок и рабочих температур, с размерами от миниатюрных – диаметром 2–6 мм и длиной 100 мм – для охлаждения компонентов электроники до длинномерных, способных передавать тепло на расстояние десятков метров. В последние несколько лет в данном направлении ведутся работы и в Гомельском государственном техническом университете имени П.О. Сухого — студентами энергетического факультета группы ТЭ-41 Кнышом Олегом, Шкробот Анной, Костюченко Владиславом и Кравцем Александром в СНИЛ "Разработка замкнутых двухфазных теплопередающих систем и методов повышения их эффективности" под руководством к.т.н., доцента Шаповалова А.В.

В пародинамическом термосифоне (ПДТ), принцип действия которого предложен в Институте тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова, поток пара и двухфазное течение рабочей жидкости пространственно разделены, их движение организовано по схеме теплообменника «труба в трубе» (рис. 1), что позволяет избежать типичного для конвективных термосифонов негативного взаимодействия между противоположно направленными потоками пара и жидкости. Конденсирующаяся жидкость проталкивается из конденсатора в испаритель избыточным давлением пара, в этом заключается принципиальное отличие ПДТ от других термосифонов и тепловых труб.

Рис.1 Схемы устройства пародинамических термосифонов

Пародинамические термосифоны предназначены для передачи теплового потока в горизонтальном направлении на большие (десятки метров) расстояния, в то время как обычный термосифон не способен функционировать в горизонтальном положении. Исследование пародинамического термосифона активно развивается также в Гомельском государственном техническом университете имени П.О. Сухого.

Пародинамические термосифоны с различными теплоносителями (вода, этилен, озонобезопасный хладагент R134а, пропан) устойчиво функционируют в широком диапазоне углов наклона к горизонту. На рис. 2 представлены значения термического сопротивления L-образного пародинамического термосифона и обычного двухфазного гравитационного термосифона той же геометрии при различных углах наклона, рабочая жидкость – изобутан (R600). Эксперименты показали, что при горизонтальном расположении испарителя и положительных углах его наклона, когда жидкость под действием сил гравитации заполняет испаритель по всей его длине, оба устройства устойчиво работают, обеспечивая минимальный перепад температур между испарителем и конденсатором и высокую степень изотермичности поверхности конденсатора. Однако при отклонениях от этого положения проявляются преимущества ПДТ. Графики на рис. 3 свидетельствуют, что ПДТ сохраняет стабильную работоспособность при отрицательных углах наклона вплоть до значений 10º при передаче теплового потока 100 Вт, в то время как классический ТС даже при меньшей тепловой нагрузке (60 Вт) перестает функционировать уже при отрицательном угле наклона 1º вследствие пересыхания поверхности испарителя.

Рис. 2 Распределение температуры по обычному термосифону и тепловой трубе со спиральной вставкой (а) и соотношение теплового сопротивления R обычного термосифона к Rвс термосифона со спиральной вставкой (б): 1, 3 – с винтовой вставкой, 2, 4 – без винтовой вставки.

Рис. 3 Термическое сопротивление классического (1) и пародинамического (2) термосифонов при разных углах наклона: ,•,¤ – пародинамический термосифон (Q = 100 Вт);♦ – классический термосифон (Q = 60 Вт); ► и ¤ – термические сопротивления отдельных сегментов классического термосифона.

В дальнейшем исследовательская работа студентов и преподавателей Гомельского государственного технического университета имени П. О. Сухого будет продолжена и произведены опыты на фреонах, что позволит определить производственную применяемость и эффективность работы на различных теплоносителях.

Подготовил Кныш О.