вості теплових труб, що визначають їх застосування в різних областях техніки, можуть бути стисло сформульовані наступним чином:
. Теплові труби практично изотермичности по всій довжині від входу да виходу. Температурний перепад не перевищує декількох градусів. Ця властивість дозволяє, наприклад, створювати вельми компактні і легкі теплосбрасивающіе випромінюючі системи.
. Теплова труба може виконувати функції «трансформатора» теплового потоку. У цьому сенсі теплова труба - ідеальний узгоджувальний елемент між окремими ланками теплових машин. Зокрема, відкриваються широкі можливості використання прямих перетворювачів теплової енергії в електричну.
. Теплові труби дозволяють «розгалужувати» тепловий потік, що надходить від єдиного теплового джерела, підбиваючи тепло до різних місць його споживання.
Таким чином, мова йде не про приватну конструкції вузького спеціального призначення, а про досить перспективному класі ефективних теплопередающих пристроїв, що претендують на рівноправне існування серед подібних їм систем.
1. Як працює найпростіша теплова труба?
.1 Зона випаровування
Візьмемо трубу, закриту знизу, і заповнимо її невеликою кількістю води. Верхній отвір, через яке заповнювалася труба, закриємо і будемо підігрівати нижній кінець труби, а верхній охолоджувати, для чого до верхнього кінця труби прикріпимо бачок з проточною водою (малюнок 1.1). Принаймні розігріву труби рідину в нижній частині її буде інтенсивно випаровуватися, забираючи тепло від полум'я пальника. Пар буде рухатися вгору, в бік більш холодного кінця труби і там конденсуватися, тобто віддавати тепло проточній воді. Чим інтенсивніше випаровується рідина, чим ефективніше відбувається процес конденсації, ніж великі потоки пара передаються по трубі, тим, очевидно, інтенсивніше відбувається теплопередача.
Малюнок 1.1 - Найпростіша модель гладкостінної теплової труби
- бочок з проточною водою, 2 - теплоізоляція, 3 - водяна пара, 4 - вода
Розглянуте нами пристрій по суті являє собою примітивну теплову трубу.
Вже така проста труба володіє унікальними властивостями. Щоб переконатися в цьому, необхідно розібратися в фізичної сутності явищ, що відбуваються. Це дозволить оцінити теплопередающие можливості теплової труби.
Розглянемо процеси, що протікають в досліджуваному пристрої, послідовно: на ділянці випаровування, в зоні конденсації і в каналі, де відбувається рух пари. Потім спробуємо уявити собі загальну картину теплопередачі в цілому, встановивши деякі закономірності і співвідношення, що визначають вихідні параметри всієї теплової труби.
Рідка середа складається з молекул, що знаходяться в безперервному тепловому русі. Енергія деякої частини їх виявляється достатньою, щоб молекули могли вийти за кордон рідини. Цьому вильоту перешкоджають сили взаємного тяжіння між молекулами. Деяка кількість вилетіли або випарувалися молекул утворює пар, який завжди існує над поверхнею рідини. Чим вище температура рідини, тим інтенсивніше йде випаровування, тим вище тиск утворюється пара.
Щоб підтримувати випаровується рідина при одній і тій же температурі, тобто не допускати її охолодження, необхідно весь час підводити тепло ззовні. Наголошуємо, що це тепло витрачається не на нагрів рідини, а на компенсацію її охолодження: воно носить назву прихованої теплоти випаровування. Зручно ввести поняття питомої теплоти випаровування, тобто віднести це тепло до одиниці маси рідини. Очевидно, теплота випаровування буде залежати від температури рідини, тому слід дати більш точне визначення питомої теплоти випаровування.
Питома теплота випаровування - це тепло, яке необхідно повідомити одиниці маси рідини, що знаходиться при заданій температурі, щоб перевести її в пару при тій же температурі.
Процес випаровування носить характер динамічної рівноваги. Над поверхнею рідини при будь постійній температурі завжди встановлюється рівноважний тиск пари, або тиск насичених парів. Це не означає, однак, що випаровування молекул припинилося. Вони як і раніше надходять в зону пара, проте чим вище тиск пари, тим більше молекул повертається назад в рідину. Очевидно, що при кожній температурі встановлюється певна рівновага цих виходять з рідини і входять до неї молекул; цій рівновазі і відповідає результуюче тиску насичують парів.
Дотепер передбачалося, що має місце процес спокійного випаровування рідини, але з досвіду відомо, що випаровування різко зростає, якщо рідина закипить. Відбувається стрибок інтенсивності випаровування. Якщо спостерігати це явище в прозорій посуд...
