Введение к работе
ZLfS 7
Актуальность темы.
В настоящее время всё большую актуальность приобретают научно-технические задачи, связанные с тепловым регулированием различных технических объектов. Выделение избыточного тепла является одним из наиболее характерных и распространенных процессов, который сопровождает их работу. В большинстве случаев это тепло является "вредным", поскольку приводит к нарушению тепловых режимов, и его необходимо отводить. Подобного рода проблемы приобретают экстремально сложный характер, когда они сопряжены с жесткими условиями эксплуатации. Среди них можно назвать следующие: малая разность температур между источником и стоком тепла, повышенные требования к надежности и рабочему ресурсу, ограничения по массе и габаритпым размерам. Одним из возможных решений по обеспечению тепловых режимов, удовлетворяющих всем этим требованиям, может быть использование систем терморегулирования на базе теплопередающих устройств с капиллярной прокачкой теплоносителя, в частности, контурных тепловых труб (КТТ).
В настоящее время КТТ успешно используются в системах терморегулирования космических аппаратов, для охлаждения тешюнапряженных компонентов электронных приборов и компьютерной техники, при утилизации низкопотенциального тепла, а также для других целей, связанных с передачей тепла, охлаждением и нагревом различных технических объектов.
Существующие на данный момент математические модели тепло-переноса в КТТ и инженерные методики расчета рабочей температуры
разработаны только для режима работы, когда в полости присутствует
РОС. НАЦИОВ/- - ' Н ' ' ,
БИБЛИОТЕКА j
3 sr&M;
паровая фаза. Фактически остался без рассмотрения и не исследовался режим работы КТТ с заполненной компенсационной полостью. Такой односторонний подход является серьезным недостатком, снижающим ценность существующих методик и сужающим область их использования. Кроме того, на основании имеющихся публикаций, можно сделать вывод о том, что проблема снижения термического сопротивления КТТ является одной из наиболее актуальных проблем, стоящих перед разработчиками КТТ на сегодняшний день. В тоже время, её успешному решению во многих случаях препятствует недостаточная степень теоретического исследования этого вопроса, а также отсутствие методик расчета термического сопротивления КТТ.
Возрастающие требования к функциональным возможностям КТТ диктуют необходимость активного продолжения их исследований, целью которых является, прежде всего, более детальное изучение физических процессов, происходящих в этих устройствах. Это позволит определить степень влияния различных факторов и параметров на основные теплопередающие характеристики КТТ, выявить дополнительные пути и новые способы для более эффективной работы тешюпередающего устройства.
Цель работы. Целью работы является развитие модельных представлений об основных физических процессах, происходящих в контурных тепловых трубах; объяснение на их основе особенностей поведения рабочих характеристик КТТ, выявленных экспериментально; разработка методов расчета рабочей температуры пара и термического сопротивления при различных режимах работы КТТ, необходимых для решения задач инженерного проектирования теплопередающих устройств с требуемыми рабочими характеристиками.
Научная новизна,
На основании классификации режимов работы КТТ по критерию
наличия или отсутствия паровой фазы теплоносителя в компенсационной полости предложена новая редакция формулировки второго условия работоспособности КТТ.
Разработана математическая модель, позволяющая определять зависимость рабочей температуры контурной тепловой трубы от передаваемой тепловой мощности для режима работы с заполненной компенсационной полостью.
Разработаны методики расчета термического сопротивления КТТ для основных режимов работы КТТ.
Предложены обобщающие комплексы, объединяющие геометрические параметры транспортных участков КТТ и комплексы теплофизических характеристик теплоносителя, позволяющие анализировать вклад каждого из них в формирование рабочей температуры пара, а также степень их влияния на величину термического сопротивления КТТ.
Практическая значимость работы. Результаты работы были использованы в расчетах при проектировании контурных тепловых труб и систем терморегулирования на их основе. Полученные результаты позволяют предложить новые подходы и решения при создании усовершенствованных конструкций КТТ, обладающих улучшенными рабочими характеристиками. Указана граница области применимости существующей методики расчета рабочей температуры КТТ и предложена новая методика, учитывающая два основных режима работы КТТ. Результаты работы используются при разработке и расчете КТТ, а также для оптимизации параметров элементов конструкции теплопередающего устройства.
Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечиваются:
большим объемом проведенных исследований, хорошей согласованностью результатов расчета с результатами экспериментальных исследовании.
Основные положения, представляемые к защите:
Классификация режимов работы КТТ по наличию или отсутствию границы раздела пар-жидкость в компенсационной полости.
Аналитическая зависимость рабочей температуры КТТ от передаваемой тепловой нагрузки при отсутствии границы раздела пар-жидкость в компенсационной полости.
Методика расчета полного термического сопротивления КТТ.
Методика расчета зоны испарения КТТ с оптимальными геометрическими параметрами, при которых достигается снижение термического сопротивления испарителя.
Выводы и рекомендации, позволяющие снизить рабочую температуру КТТ относительно температуры приемника тепла.
Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию,
докладывались на следующих конференциях:
23-я международная конференция по проблемам жизнеобеспечения (Колорадо-Спрингс, США, 1993); 11-ая международная конференция по тепловым трубам (1999, Токио); 12-ая международная конференция по тепловым трубам (2002, Москва); 3-я Российская Национальная конференция по теплообмену (Москва, 2002); 30-я международная конференция по проблемам жизнеобеспечения (Тулуза, Франция, 2003); научный семинар ИТФ УрО РАН (2003, Екатеринбург); 6-ой Минский международный семинар "Тепловые трубы, тепловые насосы, холодильники" (Минск, 2005).
Основное содержание опубликовано в 14 научных работах, при выполнении работы получен патент на изобретение и патент на полезную модель.
Публикации. Основные положения и результаты работы изложены в 14 научных статьях, опубликованных в российских и зарубежных изданиях, а также трудах конференций. Список работ приводится в конце реферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы (100 источников). Объем работы 114 страниц. Основной текст (102 страницы) содержит 33 рисунка и 4 таблицы.
