SU1136003A1

SU1136003A1 - Heat pipe

Info

Publication number: SU1136003A1
Application number: SU833669834A
Authority: SU
Inventors: Валерий Константинович Шелег; Сергей Владимирович Конев; Владимир Борисович Медведев; Сергей Викторович Денисевич
Original assignee: Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии
Priority date: 1983-12-05
Filing date: 1983-12-05
Publication date: 1985-01-23

Abstract

ТЕПЛОВАЯ ТРУБА с зонами испарени , транспорта и конденсации, содержаща корпус с центральным паровым каналом и капиллйрной структурой на внутренней поверхности в виде продольных пазов с. покрытием из пористого материала, отличающа с тем, что, с целью повышени ее теплопередагацей способности, покрытие выполнено переменной толщины , увеличивайщейс в направлении от торца паза к его устью от HEAT PIPE with evaporation, transport and condensation zones, comprising a housing with a central steam channel and a capillary structure on the inner surface in the form of longitudinal grooves c. a coating of porous material, characterized in that, in order to increase its heat transfer ability, the coating is made of varying thickness increasing in the direction from the end of the groove to its mouth from

Description

1 Изобретение относитс к теплотехнике , в частности к теплойередаюпщм устройствам - тепловым трубам и теплообменникам на их основе, и может бысь использовано при охлаждении оборудовани в электротехнике, энергетике , хи1«1ческой технологии и других отрасл х промьшшенности. Известна теплова труба, содержа- ща корпус с зонами испарени , транс порта и конденсации, снабженный капилл рной структурой, выполненной в зоне транспорта в виде -пазов с покрытием из спеченного металлического порошка Недостатком трубы Явл етс невысока тёппопередающа способность. Известна теплова труба с зонами испарени , транспорта и конденсации , содержаща корпус с центральным паровым каналом и капилл рной структурой на внутренней.поверхности в виде продольных пазов с покрытием из пористого материала , Недостатком известной тепловой трубы вл етс невысока максимальна теплопередающа способность, объ сн юща с тем, что тепловой по- TOHi в основном, расходуетс на испа рение жидкости С малой поверхности расположенной вблизи линии соприкосновени мениска жидкости с поверхно тью трубы. Это ведет к увеличению термического сопротивлени в зоне испарени . В режиме развитого пузЫр кового кипени в канавке не удаетс получить большие величины тепловых потоков из-за гладкой поверхности канавок. Цель изобретени - увеличение ее теппопередающей способности теплово Трубы. Поставленна цель достигаетс тем, что в тепловой трубе с зонами испарени , транспорта и конденсаЦИК , содержащей корпус с центральны паровым каналом и капилл рной струк турой на внутренней поверхности в в де продольных пазов с покрытием из пористого материала, последнее выпо ено переменной толщины, увеличивагацейс в направлении от торца наза к его устью- от (б,15-0,2)h до (0,25-0,3)h в зоне конденсации и до 0,)51i в зонах транспорта и испаре ни , где h ширина паза. На фиг, 1 .представлена теплова fpy6a в зоне конденсации, сечение; 31 на фиг. 2 - то же, в зонах транспорта и испарени . Теплова труба содержит корпус 1 с центральным паровым каналом 2 и капилл рной структурой на внутренней поверхности в виде пазов 3, снабженных покрытием 4 из пористого материала , выполненного переменной толщины , увеличивающейс в направлении от торца паза 5 к его устью 6 от -(0,15-0,2)h до (0,25-0,3)h в зоне конденсации и до 0,5h в зонах транспорта и испарени , где h ширина паза. Теплова труба работает следующим образом. При подводе теплового потока к зоне испарени теплоноситель испар етс из покрыти 4,. пары его перемещаютс по каналу 2 в зону конденсации , где конденсируютс и по капил л рной структуре теплоноситель вновь возвращаетс в зону испарени . С целью уменьшени гидравлического сопротивлеьш потоку теплоносител пазы 3 необходимо не полностью заполн ть пористым материалом. Дл уменьшени свободной поверхности жидкости , соприкасающейс с потоком пара, пористое покрытие 4 в зонах испарени и транспорта тепловой трубы Ш)тсшнено так, что оно смыкаетс в устье паза 3. Дл увеличени поверхности конденсации пористое покрытие 4 в зоне конденсации тепловой трубы выполнено таким, как показано на фиг. 1, т.е. толщина пористого Покрыти в устье паза 6 составл ет 0,15-0,2 ширины последнего. йэшолнение пористого покрыти на поверхности пазов, выполненного из металлического порошка, позвол ет в широких пределах регулировать величину удельной поверхности, измен размер и форму частиц порошка и пористости . Пористое покрытие на внутренней поверхности пазов позвол ет увеличить коэффициент теплоотдачи в режиме кипени в два раза, что установлено в процессе экспериментов, проведенных на теплоносителе-дистиллированной воде. Толщина пористого покрыти должна быть не менее 0,15 ширины паза. В противном случае исчезает дффект увеличени коэффициента теплообмена. Увеличение толщины покрыти более 0,2 от ширины паза приводит к уменьшению проходногэ се3II1 The invention relates to heat engineering, in particular, to heat transfer devices - heat pipes and heat exchangers based on them, and can be used for cooling equipment in electrical engineering, power engineering, chemical technology and other areas. A known heat pipe containing a body with evaporation, transport and condensation zones, equipped with a capillary structure, made in the transport zone in the form of - grooves with a coating of sintered metal powder. The disadvantage of the pipe is low heat transfer capacity. A known heat pipe with evaporation, transport and condensation zones, comprising a housing with a central steam channel and a capillary structure on the inside surface in the form of longitudinal grooves coated with a porous material. A disadvantage of the known heat pipe is a low maximum heat transfer ability By the fact that thermal TOHi is mainly spent on evaporation of liquid C from the small surface of the liquid located near the contact line of the meniscus of the liquid with the pipe surface. This leads to an increase in thermal resistance in the evaporation zone. In the mode of developed pot boil in the groove, it is not possible to obtain large quantities of heat fluxes due to the smooth surface of the grooves. The purpose of the invention is to increase its heat transfer capacity of heat pipes. The goal is achieved by the fact that in a heat pipe with evaporation, transport and condensation zones, comprising a housing with a central steam channel and a capillary structure on the inner surface in the longitudinal grooves coated with a porous material, the latter is of varying thickness, increasing the direction from the end of the Naz to its mouth — from (b, 15–0.2) h to (0.25–0.3) h in the condensation zone and to 0,) 51i in transport and evaporation zones, where h is the width of the groove . Fig. 1 shows thermal fpy6a in the condensation zone, section; 31 in FIG. 2 - the same in transport and evaporation zones. The heat pipe comprises a housing 1 with a central vapor channel 2 and a capillary structure on the inner surface in the form of grooves 3, provided with a coating 4 of porous material made of variable thickness increasing in the direction from the end of the groove 5 to its mouth 6 from - (0.15 -0.2) h to (0.25-0.3) h in the condensation zone and up to 0.5h in transport and evaporation zones, where h is the width of the groove. Heat pipe works as follows. When heat flow to the evaporation zone, the coolant evaporates from the coating 4 ,. its vapors move along channel 2 to the condensation zone, where the coolant is condensed and, by means of a capillary structure, the coolant returns to the evaporation zone. In order to reduce the hydraulic resistance to the flow of the heat transfer fluid, the grooves 3 need not be completely filled with a porous material. To reduce the free surface of the liquid in contact with the steam flow, the porous coating 4 in the evaporation zones and transport of the heat pipe W) is connected so that it closes at the mouth of the groove 3. In order to increase the condensation surface, the porous coating 4 in the condensation zone of the heat pipe is made such as shown in FIG. 1, i.e. The thickness of the porous coating at the mouth of the groove 6 is 0.15-0.2 of the width of the latter. The implementation of a porous coating on the surface of the grooves made of metal powder makes it possible to control the value of the specific surface area within wide limits by changing the size and shape of the powder particles and porosity. The porous coating on the inner surface of the grooves makes it possible to double the heat transfer coefficient in the boiling mode, which was established in the process of experiments carried out on a heat-carrier-distilled water. The thickness of the porous coating should be at least 0.15 of the groove width. Otherwise, the effect of increasing the heat transfer coefficient disappears. Increasing the thickness of the coating more than 0.2 of the width of the groove leads to a decrease in throughput ce3II

чени паза, в результате чего резко возрастает гидравлическое сопротивление .groove, resulting in a sharp increase in hydraulic resistance.

Оптимальна ширина пазов колеблетс в пределах 0,3-0,6 мм (среднее значение 0,45), т.е. толщина пористого покрыти составл ет 63-90 мкм. Такое покрытие позвол ет интенсифицировать теплообмен и вместе с тем увеличивает максимальную теплопередающую способность теплов.ой трубы. Увеличение толщины пористого покрыти в устье пазов приводит к уменьшению эффективного радиуса капилл ров в зоне испарени , что также позвол ет увеличить максимальную теплопередающую способность. Толщина пористого покрыти в зоне испарени должна быть такой, чтобы его противоположные участки соприкагсались , так как только в зтом случае обеспечиваетс максимальный капилл рньш напорThe optimal width of the grooves ranges from 0.3-0.6 mm (average value of 0.45), i.e. the thickness of the porous coating is 63-90 microns. Such a coating allows to intensify the heat exchange and at the same time increases the maximum heat transfer capacity of the heat pipe. An increase in the thickness of the porous coating at the mouth of the grooves leads to a decrease in the effective radius of the capillaries in the evaporation zone, which also increases the maximum heat transfer capacity. The thickness of the porous coating in the evaporation zone must be such that its opposite parts adjoin each other, since only in this case the maximum capillary pressure is achieved.

26cos9 , Cicos е 26cos9, Cicos e

ДРг DRG

(А(BUT

порpore

Толщина пористого покрыти Porous Coating Thickness

в устье паза в at the mouth of the groove in

а торце зоне конденсааза , мм ции , ммbutt end of the condensation zone, mm of the th, mm

0,20.2

0,25 0.25

О, 15 0,27 0,17 0,3 0,2 O, 15 0.27 0.17 0.3 0.2

0,35 0,250.35 0.25

Таким образом, оптимальна тотщна покрыти следующа : на торце паза 0,15-0,2 от ширины паза; в устьеThus, the optimal total coverage is as follows: at the end of the groove 0.15-0.2 of the width of the groove; at the mouth

паза, в зоне конденсации 0,25-0,3 от ширины паза; в устье паза, в зонах испарени и транспорта 0,5 ширин паза.the groove in the condensation zone of 0.25-0.3 of the width of the groove; in the mouth of the groove, in the areas of evaporation and transport 0.5 width of the groove.

В результате экспериментов уста- новлено: обща максимальна мощ- HocTbi достигнута тепловой трубой с пазами,, покрытыми сеткой, составл ет 72 Вт, при плотности теплового потока 3,0 Вт/см и при перепадеAs a result of the experiments, the following was established: the total maximum power HocTbi reached by a thermal pipe with grooves, covered with a grid, is 72 W, with a heat flux density of 3.0 W / cm and with a drop

температур между стенкой зоны испарени и паром 10,5 К, что соответствует термическому сопротивлениюtemperature between the wall of the evaporation zone and the vapor of 10.5 K, which corresponds to the thermal resistance

6003460034

где (У - ширина канавки.where (Y is the width of the groove.

Обеспечивать соприкосновение противоположных участков пори сто Io покрыти в зоне конденсации нет необ5 ходимости, так как радиус мениска в этой зоне велик, и на поверхности пористого покрыти , как правило, будет по вл тьс пленка жидкости. Дп предотвращени этого влени There is no need for contacting the opposite porosity portions of the Io coating in the condensation zone, since the meniscus radius in this zone is large, and a film of liquid will usually appear on the surface of the porous coating. Dp prevent this phenomenon

10 необходимо обеспечить зазор между двум противоположными участками пористого покрыти не менее 0,4 от ширины паза. Превышение этой величины ведет к уменьшению поверхности кон15 денсации, в роли которой выступает пористое покрытие, служащее еще к тому же и капилл рным насосом дп переноса теплоносител в зону испарени .10, it is necessary to provide a gap between two opposite portions of the porous coating at least 0.4 of the groove width. Exceeding this value leads to a decrease in the surface of the condensation, which is a porous coating, which also serves as a capillary pump for transferring the heat transfer medium to the evaporation zone.

20 Дл экспериментального подтверждени выбора оптимальной толщины пористого сло на поверхности канавок изготовпены 5 тепловых труб.20 To experimentally confirm the choice of the optimal thickness of the porous layer, 5 heat pipes were fabricated on the surface of the grooves.

25 Толщина пористого покрыти И значение максимального теплового потока тепловой трубы представлены в таблице .25 The thickness of the porous coating and the value of the maximum heat flux of the heat pipe are presented in the table.

Максимальный передавае 1й тепв ус-тье паза в ловой поток, зонах испарени В и транспорта, ммMaximum transfer of the 1st tepv of the groove to the main flow, evaporation zones B and transport, mm

0,50.5

171171

276 276

0,5 278 0,5 275 0,50.5 278 0.5 275 0.5

192192

0,50.5

0,13 К/Вт; максимальный передаваемой тепловой поток, достигнутый тепловой трубой с пористым покрытием, составл ет 278 Вт при плотности тегшового потока 11,6 Вт/см и при перепаде температур, между стенкой зоны испарени и паром 18,5 К, что соответствует термическому сопротивлению 0,07 К/Вт.0.13 K / W; the maximum transmitted heat flux reached by a heat pipe with a porous coating is 278 W with a TG stream density of 11.6 W / cm and with a temperature difference between the wall of the evaporation zone and steam of 18.5 K, which corresponds to a thermal resistance of 0.07 K / W

Теплопередающа способность тепловой трубы по сравнению с известной увеличилась более чем в 3 раза, а термическое сопротивление в зоне испарени уменьлшлось почти в два раза.The heat transfer capacity of a heat pipe has increased more than 3 times as compared with the known one, and the thermal resistance in the evaporation zone has almost halved.

Claims

HEAT PIPE with zones of evaporation, transport and condensation, containing a housing with a central vapor channel and a capillary structure on the inner surface in the form of longitudinal grooves a coating of porous material, characterized in that, in order to increase its heat transfer ability, the coating is made of variable thickness, increasing in the direction from the end of the groove to its mouth from (0.150.2) h to (0.25-0.3) h in condensation zone and up to 0.5h in transport and evaporation zones, where h is the width of the groove.

Figure 1

1 and 36003 1