Введение к работе
Актуальность темы. При экспериментальных исследованиях и практическом
использовании контурных тепловых труб (КТТ) было обнаружено
существование автоколебательных режимов работы таких устройств. Основной
особенностью данных режимов работы является колебание температур и
границ раздела жидкость-пар в устройстве при неизменных внешних условиях.
Как правило, такие колебания не оказывают критического влияния на
теплопередающие характеристики КТТ. Однако, при реальном использовании
этих устройств, например, в космической технике требуется объяснение
факторов, вызывающих данные колебания, анализ их влияния на надежность
системы и поиск возможных способов устранения. До настоящего времени не
проводилось систематических исследований, которые бы в полной мере
отвечали на эти вопросы. Большинство публикаций, касающихся данной
тематики, ограничивались, в основном, представлением
несистематизированных экспериментальных данных. Теоретический анализ факторов, вызывающих температурные колебания, основывался на уравнениях, разработанных для описания стационарных режимов работы КТТ, и не мог достаточно полно и корректно объяснить рассматриваемое явление. Классификация различных типов температурных колебаний и теоретический анализ механизмов их появления, основанный на рассмотрении нестационарных процессов теплообмена, позволил бы более полно объяснить их влияние на теплопередающие характеристики КТТ и выработать рекомендации, повышающие устойчивость работы устройства.
Существует другая проблема, решение которой также требует рассмотрения нестационарного теплообмена в КТТ. Экспериментальные исследования показывают, что для начала процесса теплопередачи в устройстве - его запуска требуется, чтобы величина подводимой к испарителю тепловой нагрузки превысила некоторый минимальный уровень. Этот факт обусловлен
различными причинами. В ряде работ показано, что одним из наиболее важных факторов, влияющих на запуск, является начальное распределение теплоносителя в КТТ. Однако, помимо этого поведение КТТ при запуске зависит от её конструкции, теплофизических свойств её частей, от внешних условий. Для количественной оценки влияния данных факторов требуется разработать математическую и физическую модель запуска, которая также требует рассмотрения нестационарного теплообмена в КТТ.
Цель работы. Выявить основные закономерности температурных колебаний, возникающих при работе КТТ. Изучить влияние конструкции и внешних условий на запуск устройства.
Исходя из поставленной цели работы, основные задачи исследований сформулированы следующим образом:
Провести экспериментальные исследования различных конструкций КТТ с целью определения и систематизации основных факторов вызывающих температурные колебания;
Разработать физическую и математическую модель температурных колебаний в КТТ;
Разработать физическую и математическую модель, описывающую запуск КТТ. Определить влияние теплообмена с окружающей средой и теплофизических свойств охлаждаемого объекта на запуск устройства.
Научная новизна
Обнаружено два различных типа температурных колебаний в контурных тепловых трубах, различающихся механизмом реализации и появляющихся при различных режимах работы;
Разработаны математические модели, описывающие механизмы температурных колебаний;
Выработаны рекомендации, позволяющие повысить устойчивость работы КТТ и устранить появление температурных колебаний;
Разработана математическая модель, позволяющая оценить влияние на запуск конструкции КТТ и условий её работы.
Практическая значимость работы. Результаты проведенных
исследований используются при расчете и разработке КТТ. С помощью предложенных методик возможно оценить величину минимальной пусковой нагрузки в зависимости от конструкции КТТ, от типа охлаждаемого объекта и теплового, интерфейса. Выработаны рекомендации по устранению температурных колебаний и повышению устойчивости работы КТТ. Предложенные технические решения и конструкции защищены патентом РФ.
Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается:
большим объемом проведенных экспериментальных исследований и воспроизводимостью результатов испытаний, выполненных в различное время на различных конструкциях КТТ хорошей согласованностью результатов расчета с экспериментальными данными.
Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались на следующих конференциях:
-4-ый Международный семинар "Тепловые трубы, тепловые насосы, холодильники". Минск. 2000.
-12-ая Международная конференция по тепловым трубам. Москва. 2002.
-Урало-Сибирская научно-практической конференция. Екатеринбург. 2003.
Основное содержание диссертации опубликовано в 5 работах. Список работ приводится в конце реферата.
Публикации по работе. Основные положения и результаты работы изложены в 5 статьях и докладах, при выполнении работы получен 1 патент РФ на изобретение.
Основные положения, представляемые к защите:
Результаты экспериментального исследования температурных колебаний, возникающих в КТТ;
Математическая модель, описывающая механизмы температурных колебаний в КТТ;
Математическая модель, рассчитывающую величину минимальной пусковой тепловой нагрузки. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы (ПО источников) и приложения. Объем работы 100 стр. Основной текст-(95 стр.) содержит 20 рисунков и 3 таблицы.
