Осциллирующий термосифон - еще один удар по температуре!

5 февраля 2006, воскресенье 06:08
для раздела Блоги
Около полугода назад (лето 2005) при экспериментах с тепловыми трубками выявил такой интересный эффект при котором теплопередача возрастала в несколько раз. Суть состояла в том, чтобы кроме пара транспортировалась и жидкость, так как теплоемкость жидкости на порядок выше. Схожий принцип применен в осциллируещей тепловой трубе (о которой я узнал в декабре 2005), но здесь жидкость возвращается не по контуру, что упрощает изготовление данной системы.

Как это работает: простой гравитационный термосифон определенного диаметра с водой в качестве теплоносителя (необязательно) и стеклянными стенками (материал был выбран для наглядности как экспериментальный). При подаче тепла на испаритель термосифон начинает работать как обычно, испаряя пар, но при повышении подводимого тепла начинается пузырьковое кипение теплоносителя, так как давление газа над поверхностью ниже, чем давление в пузырьке газа и несколько сложенных пузырьков поднимают водяную пробку, которая образовывается вследствие поверхностного натяжения жидкости, натяжение возникает как со стороны пузырьков газа так и со стороны адиабатной зоны. И эта пробка, из горячей жидкости, поднимаясь охлаждается о стенки конденсатора смешиваясь с холодной сконденсировавшейся жидкостью и частично сама стекает (гравитация не позволяет силам поверхностного натяжения остановить поток жидкости, но жидкость может остановиться, если трубка будет меньшего диаметра или же из материала, который лучше смачивается, например зашкуренная медь). То есть сама водяная пробка берет непосредственное участие в теплообмене «подтягивая» большое количество тепла в зону конденсации (охлаждения). Кроме того ничто не мешает и газу брать участие в теплообмене хоть в данной системе он выполняет двойную работу – переносит тепло и перемещает жидкий теплоноситель.
Для наглядности принципа на рисунке изображен схематический пример.(в конце статьи есть ссылка на видеоролик работающего устройства)



Как изготавливалась экспериментальная модель: стеклянную трубку длинной 30см, внешним диаметром 5мм и внутренним 3мм, запаиваем с одной стороны(стекло легкоплавкое, нагреть на газу до 600 градусов Цельсия ) заливаем теплоноситель наполовину (вода в моем случае) вставляем медную проволоку 0,15-0,3мм диаметром в трубку до половины. Далее снова прогреваем на газу в 2-3см от не запаянного конца и аккуратно скручиваем трубку, после остывания вытягиваем проволоку, получается капилляр диаметром равный диаметру проволоки. Далее герметизирую трубку мылом (кашеобразное хозяйственное мыло с водой), утрамбовывать аж до капилляра( Внимание! мыло должно быть мягким и легко должно выстреливать при повышении давления в трубке, иначе чревато разрывом трубки от давления а стекло и глаза сами понимаете) Далее медленно прогреваем воду в трубке зажав пальцем не запаянный конец когда вода начнет кипеть(будьте осторожны при повышенном давлении вода закипает при температурах выше 100 градусов) отпускаем палец и вода под давлением выстреливает часть мыла(только часть!) опять закрываем трубку и повторяем процедуру пока воды не останется 1/15-1/20 объема трубки. При кипении воды насыщенные пары газа вытесняют воздух через капилляр, наша цель удалить воздух полностью. Когда воздуха уже нет и количество жидкости равно норме, берем мыльную кашу и накладываем как можно ближе к концу трубки таким образом чтобы при охлаждении создавшееся разрежение в трубке подтянуло мыло к капилляру(не воздух!!!) и загерметизировало капилляр(густое мыло в трубку не попадет только перекроет максимум 1 см капилляра) . Дальше со стороны трубки прогреваем на газу капилляр и докручиваем трубку герметизируя её намертво далее просто откалываем ненужную часть трубки и прогреваем на газу скол чтобы придать законченный вид этому девайсу.

Вот такая трубка




Проволока в трубке для формирования капилляра




Готовый капилляр но трубка не герметизированная




Готовые спайки на готовом осц. термосифоне




Детали тестового стенда – маленький алюминиевый теплосьемник с просверленными отверстиями под трубку и нагреватель (паяльник 35 ватт), алюминиевый радиатор конденсатора, и сам осциллирующий термосифон.




Собранная система ( термоинтерфейс КПТ-8 ) без нагревателя




Как это все работает можно увидеть на видеоролике. Для наглядности адиабатная зона была увеличена а конденсатор уменьшен, реально нужно делать большим конденсатор (на примере жидкость плохо доходит до конденсатора сделано это специально, чтобы видно было сам процесс). На видео: снизу испаритель с алюминиевым теплорасприделителем нагретым до 150С, сверху радиатор на трубке, зона конденсации 5см, зона испарения 2см.
Видео работающей системы (783КБ DivX 6.1)
http://cp.people.overclockers.ru/cgi-bin/dl.pl?id=12178&filename=osc2.avi

Итоги: В статье нет привычных таблиц, графиков, и тестов, описана сама технология, придумана и выстрадана в ходе многих проб и ошибок. Приблизительно(из опыта, субъективно), в сравнении с обычной тепловой трубой, эффективность раза в четыре выше, в сравнении с термосифоном в 1,5-2 раза эффективнее (это при значительных передаваемых мощностях).

Плюсы осциллируещего термосифона:
1. Возможность переноса огромного количества тепла.
2. Два режима работы - гравитационный термосифон/осциллируещий гравитационный термосифон.
3. Возможность применения в очень мощных теплорасприделителях.
4. Не нужно внешних источников энергии используется только энергия тепла.

Минусы этой тепловой системы в том, что транспорт жидкости на большие расстояния невозможен (более 25-30 см). Возможен только в том случае если систему делать контурную, но это уже касается патента осциллируещей тепловой трубы.

Термосифон проверялся на разрыв на газовой конфорке без теплосьемника (конденсатор был) жидкость просто летала с невероятной скоростью, термосифон не разорвало радиатор конденсатора нагрелся прилично, разгерметизации не произошло (для сравнения, на этой же конфорке эту же трубку для запайки я плавил за 5 секунд!)

Я не утруждал себя детальным «формульным насыщением» статьи, и не расписывал основополагающие принципы работы тепловых труб, в сети существует достаточно научной литературы в которой все очень детально описано с примерами формулами и т.д.

И напоследок, соблюдайте правила техники безопасности при работе со стеклянными трубками под давлением - обязательно одевайте защитные очки!
Оценитe материал

Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают