Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры (1984) (1092053), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Поэтому в перерывах в работе необходимо либо интенсивно охлаждать вещество от каких-либо внешних, например аэродромных, средств в случае самолетной РЭА„либо подвергать естествениомуохлаждению путем выдержки в нерабочем режиме. Особое место занимает испарительное охлаждение, ккм з м .ч.к 1пз зование пузырьков происходит дельных участков нагретой поываются центрами парообразоования являются частицы пыли, сидкости воздуха, а также мнксоприкасающейся с жидкостью. слой жидкости с повышенной азуется около нагретой поверхруясь в толще жидкости с бори дальнейшем повышении темрообразования растет,что привання жидкости, к повышению ла дО точки С. ется наиболее быстрый рост ин'Температура охлаждаемой пок температуре кипения жидкот достаточной теплоемкостью и ование пузырьков происходит здают преграду для подтекання температурой к нагретой помым перенос тепла.
В этом реость начинает перегреваться сток Саз (область пленочно-пуктеризуется неустойчивостью: иых потоков в жидкости не- протекающее в режиме ки- пения жидкости на охлаж",-,лз;:,",.. даемой поверхности (рис "„-тз:-- 4-23). По мере повышения температуры поверхности перенос тепла постепенно '.':;;"''!::,'т усиливается от точки А на кривой кипения к точке В. Происходит конвективный перенос тепла. Нагретые частицы жидкости расширяются и всплывают, освобождая место для более холодных '"!"".,;::: ' и,значит, более плотныхчастиц. В точке В, где температура тела уже несколько превышает температуру кипения охлаждающей жидкости, начинается образование пузырьков пара (область пу- зырькового кипения). Обра первоначально вблизи от ;~г.-;;::;:: верхности.
Эти участки наз :-'з,;-'",'~з.-:; ванин. Центрами парообраз ,:.с)г!::;;: пузырьки растворенного в и ронеровности поверхности, о':!г,-;:,";;, Пузырьки пара прорывают й„;"~т:;:; температурой, который обр т.::~!':"„:;:;,, ности, и исчезают, конденси ~::т)э~~;.";., лее низкой температурой. П ;~~"-',!:;.: пературы число центров па '~:::;-:~уь~,::,:;, водит к усилению перемеши ;"ф, эффективности переноса тен На участке ВС наблюда !.-'~"':.. тенсивности переноса тепла.
.,'ф; верхности остается близкой сти, если жидкость обладае ';~~~!"",,.',,".;.массой. За точкой С образ <~':;,!т~~:;:; настолы<о бурно, что они со )'::.",:-';г~.'-,".т,:,'ччасти жидкости с меньшей ййФ"::-=', зг."'-~;;,'~.'',верхности, ослабляя тем са '"~з'=: 'жиме охлаждаемая поверхн ".(кризис теплообмена). Уча 'вырькового кипения) хара :::под действием циркуляцион 1п~ 1,П 1П 1ПП К Рпс. 4-23.
зчрз<вая кппспкя— изменение козффициспта тсплоотдачи а при кипсипп воды и втмосфсрном давлении в зависимости от тсмпсрвтурного напора ЙТ у — область слабого образозанпя пузырей; т — область пузырьколгга кнпання; 3 — область плсиачна.:узырькозаго кнпання устойчивая прослойка пара может изменять свою площадь, разрываться и временами исчезать.
Этот режим и следующий участок кривой кипения неприменимы для охлаждения. Охлаждение с помощью тепловых труб. Высокая эффективность механизма испарительного охлаждения позволила создать так называемые тепловые трубы. Чисто внешне тепловая труба представляет собой стержень или пластину, обладающую аномально высокой теплопроводностью, превышающей теплопроводность меди в сотни раз, что даст возможность вывода из горячих точек наружу тепловой энергии большой плотности. Но это — псевдотеплопроводность. Тепловая труба, используемая в конструкциях РЭА, состоит из герметично замкнутой протяженной полости (канала)„расположенной между горячим источником и бесконечным радиатором (стоком тепла), внутри которой протекают процсссы испарения жидкости на горячем конце, перенос тепла паром в холодный конец и там конденсация пара в жидкость, вновь поступающую на испарительный участок (рис.
4-24). При рассмотрении тепловой трубы в статике она представляет собой герметичный сосуд, частично заполненный жидкостью, т. е. классический случай, рассматриваемый в молекулярной физике и термодинамике, в разделе фазовых равновесий и превращений при изучении явлений испарения и конденсации. Если объем предварительно вакуумирован (как и на самом деле в тепловых трубах), после введения жидкости он начнет заполняться молекулами, перешедшими из жидкой фазы в газообразную в результате испарения. Наряду с испарением протекает обратный процесс перехода молекул из газообразной фазы в жидкую.
Обратный процесс усиливается с ростом давления испарившимся молекул. Наступает момент, вполне определенный для данного вещества при данной температуре, когда устанавливается равновесие между жидкостью и паром. Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным. С повышением температуры равновесие нарушается, но если нагреву подвергается тепловая труба в целом, то вскоре вновь восстанавливается, уже при более высоком давлении пара. Давление пара может повышаться только до вполне определенной, критической для данного вещества температуры.
Для воды Т,э — 374'С, для этилового спирта (этанола) Т,,г= — 243'С, для аммиака 7,„=132'С. Но в тепловых трубах до критической температуры не доходят из-за чрезмерных давлений, развиваемых внутри трубы. ау г б 4 уб' б 4 Мгиулесмь У г Ю 4 'М„г Рис. 4-24.
Ыплкогсмпс лопал тр» !4'~!.' 1 — герметнсимй ксрпус; пружине. прижнмвюгвве квм корпуса; à — паровой ,у(е;;,::,, алгегр парового квввлвг длина вспарнтельнаге ,* л'чл кондевсвпваннсга участка г,4 бага УР 4444 К Рис. 4 25. Запггсимость плотности теплового потока от псрсгрена стен«и корпуса (относительно температуры насыгпснного пара прп кипении поды п фитиле) при нормальном атмосферном даплгпни У вЂ” кипение в 4жгвле; 2— кепенве в Полывсм ааъсме ратурнап гоп. ба 2 — фвпгль, 3 Фьтвль к стен- канал; Л вЂ” лв.
О г ну. с ~ к трввссаргьагс и сгютвгтсч ггенне В динамическом регкилте после включения источника нагрева, расположенного на горячем конце, равновесие нарушается, причем избыточный пар устремляется по парово,". ',",;: му каналу (4 на рис. 4-24) к холодному концу, где давле- ние насыщенного пара еще не изменилось. На холодном ::,,", конце пар конденсируется, отдает тепло и отсасывается фитилем вновь в зону испарения. Цикл повторяется (разут(:,':-: меется, как непрерывный процесс). Жидкий теплоиоситель непрерывно поступает в зону испарения под определенным напором в результате капиллярного эффекта. В бесфитиль':-', ных тепловых трубах, всегда располагаемых вертикально, холодным концом вверх, обратная транспортировка теплоносителя производится с помощью гравитации: жидкость '!.' просто стекает вниз, в испарительную зону.
Подчеркнем, , '4:;,ччто фазовый переход происходит внутри фитиля, что, как " "'.отмечено дальше, несколько меняет условия пузырькового ':Кипения. Количество отводимого тепла пропорционально испа'::ривупейся массе теплоносителя и теплоте парообразования. ',Фитиль как пористое тело, находящееся в зонах испарения :,'н конденсации, в сильной степени влияет иа протекающие — 44-ЕВВ 209 процессы, и прежде всего — своей способностью смачиватьси теплоносителем. Смачиваемость фитиля зависит от его капиллярности, степени очистки его перед сборкой и от давления. В вакууме фитиль смачивается значительно интенсивнее, Наличие фитиля на стенке испарителя улучшает условия образования зародышей парообразования, необходимых для возникновения пузглрькового кипения.
Пузырьки в сетке фитиля образуются не сферические, а расплющенные, перекрывающие участки охлаждаемой поверхности. Это приводит к снижению интенсивности отвода тепла по мере увеличения перегрева стенки (рис. 4-25). Фитиль обычно выполняют из нержавеющей стали в виде металлической тканой гладкой сетки № 010 из проволоки диаметром 0,06 мм (ГОСТ 3584 — 73). Сетку сворачивают в 2-3 слоя„вводят в полость трубы и прижимают к стенкам трубы с помощью спиральной пружины (3 на рис.
4-24). В тепловой трубе кроме пара теплоносителя не должно быть другого, иеконденсирующегося газа. Присутствие постороннего газа приводит к блокированию части поверхности в зоне конденсации, так как пар увлекает этот газ при своем интенсивном перемещении. Существуют физические и химические причины возникновения в тепловой трубе неконденсирующегося газа.
Физической причиной 'является десорбция газа с поверхности стенок корпуса трубы и фитиля, а также выделение газа, растворенного в теплоносителе. Физическая причина устраняется тщательным обезгаживанием корпуса и фитиля путем нагрева в вакууме при температуре, превышающей максимальную возможную при эксплуатации. Для удаления воздуха из дистиллированной воды ее кипятят два часа. Химической причиной являются химические реакции, протекающие в результате взаимодействия теплоносителя с металлом или в результате деструкции теплоносителя.
Например, возможен гидролиз воды с выделением газообразного водорода в алюминиевой тепловой трубе, поэтому алюминий и его сплавы для водяных тепловых труб применять нельзя. При многократных циклах возгонки (дистилляции) теплоносителя пе должно образовываться осадка, засоряющего фитиль у горячего конца и выводящего тепловую трубу из строя. Например, при использовании спирта этилового ректнфикованного технического его следует подвергнуть обработке для удаления следов фурфурола и сивушных масел. Засоряющий осадок может возникнуть и Таблица 4-10 Давление насып«енного пара и совместимость теплоносителей с металлами в тепловых трубак лаплена * насмыенйого нара, Моа, нрн теьнмра «ре Тенлоноснтсль Металло.
с н лпрммн совместнм теплово- снтель ю'с ) сн'с ~ Нанмснованве ж 'с Формула Н,О 0,007 СвНвОН 0.02 А1едь, никель, титаповые сплавы Сталь, никель 0,04 0,10 Вода (биднстнл лнт] Спарт этиловый ректификованный ГОСТ 18300 — 72 0,22 О,!О Хладен 113 ГОСТ 23844 — 79 Хладоа 11 Аммиак жидк«Ы свнтета «ескнй ГОСТ 6221 — 76 С,Г СЛа 0,04 0,3 Алюмвнневые сплавы, медь, сталь, твтаиовые сплавы То «ке Алюминиевые сплавы, сталь, ав- кель 0,19 0,09 1, 40 СГС1, мн„ 0,32 2,80 0,6 6,0 в результате коррозионных химических процессов взаимо:бьт;.':-г действия теплоносителя с металлом корпуса Совместимость теплоносителей с металлами показана -;-'~.',.':,':..
в табл. 4-10 Теплоноситель в тепловой трубе определяет режим ее :,.-.','-",,ь'""..: работы, материал корпуса и давление внутри корпуса. Теп- лоноситель должен обладать в жидком состоянии значи:;,о~!;;:, тельнои теплопроводностью, чтобы в смоченном им фитиле ::стй-"; поперечнос тепловое сопротивление было малым. Кроме ."«сам!.. того, требуется высокая теплота парообразования теплоно!т-,",~!,-,':; сителя Для рабочих температур внутри РЭА, определяемых :„"., ";:,' техническими условиями на применяемую элементную ба- зу, можно выделить два значения: 65'С для большинства :,г:= ИС и других навесных элементов и 85'С для отдельных .-,Ф~' электровакуумных приборов.
Для этих двух значений, а !~:-!':также для нормальной температуры 20'С можем опреде- ,1«~;;.'-,лить давление насыщенного пара по табл. 4-10. Для при';;«';;,;г,;веденных в ней теплоносителей (кроме аммиака) давление ;;:;,.:"„-,'-,,:,;;св трубе при комнатной температуре ниже атмосферного. Ф~~~-~:-::.;При температуре 65'С все приведенные в таблице тепло- Иосители, включая воду (рис.
4-26), кипят. Благодаря пу.зырьковому кипению значительно снижнртся тепловое соспротивление контакта теплоноситель — корпус в результаЛ4а 211 40 а Л ба БО аб лгта Рис. 4 26. Изменение температуры кипения воды в зависимости от дав- ления Рис. 4-27. Размешеиие горячего влемеита непосредственно на тепловой трубе à — тслловая труба у — горячий влеяент; 3 — вантовое соеггянснне. выяолвснное с натя~ом; Š— егнтг|ль те разрушения сплопгной пленки пара у поверхности и проникновения к поверхности недогрегых частиц жидкости. Постоянный подсос жидкого теплоносителя пофнтилюсдерживает опасный переход пузырькового кипения в пленочное, отодвигая этот момент в более высокотемпературную область„ за пределы температур эксплуатации. Тепловые трубы для РЭА, отличающиеся узким интервалом рабочих температур, как правило, от 80 до 85'С, еще мало изучены. Их конструкции и технология изготовления могут служить темами курсовых и дипломных работ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
