Экспериментальное исследование влияния рабочей жидкости и материала трубы на характеристики тепловых труб

Тепловая труба, являясь пассивным устройством, способна передавать огромные объемы теплоты при малых площадях поперечного сечения чрезвычайно малых перепадах температур. Благодаря своей исключительной эффективности в передаче теплоты тепловые трубы широко используются во многих инженерных сооружениях, позволяя передавать теплоту на значительные расстояния, минимизируя при этом колебания температуры. Этот метод передачи теплоты становится все более и более востребованным. В основе конструкции лежит пустая камера, расположенная после цилиндра или квадрата, заполненного испаряющейся рабочей жидкостью. Данный метод теплопередачи используется в солнечных водонагревателях, компьютерах, солнечных энергосборниках, ноутбуках, мобильных устройствах и электронных схемах. Использование тепловых труб значительно повышает эффективность устройств, требующих больших объемов теплопередачи и эффективного управления тепловыми процессами. В данной работе изучается влияние рабочей жидкости и материала на характеристики тепловых труб. Авторы разработали полноценную экспериментальную установку для изучения характеристик тепловых труб, включая теплопроводность, коэффициент теплопередачи и общую эффективность. В процессе исследований был изучен ряд рабочих жидкостей, включая воду, ацетон и этанол, а также различные материалы труб, такие как медь, алюминий и латунь. Полученные результаты демонстрируют существенные различия в показателях производительности в зависимости от выбора рабочей жидкости и материала трубы. В целом теплопередающая способность в значительной степени зависит от теплопроводности рабочей жидкости, при этом определенные жидкости имеют более высокие показатели по сравнению с другими. Эффективность теплопередачи в значительной степени зависит от теплопроводности и характеристик поверхности материала трубы. Кроме того, совместимость рабочей жидкости и материала трубы существенно влияет на долговременную надежность и долговечность тепловых труб. Коррозия, деградация материала и фазовые переходы являются критически важными факторами, которые необходимо тщательно учитывать при выборе оптимального сочетания рабочей жидкости и материала трубы. Данное исследование предоставляет ценную информацию о проектировании и оптимизации тепловых труб для различных применений в области терморегулирования, подчеркивая важность выбора соответствующих рабочих жидкостей и материалов труб для повышения производительности и надежности.

1. Choi S. (1995) Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles. Proceedings of the ASME 1995 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. Developments and Applications of Non-Newtonian Flows. San Francisco, California, USA, November 12–17, 1995. 99–105. https://doi.org/10.1115/IMECE1995-0926

2. Assael M., Chen C., Metaxa N., and Wakeham W. (2004) Thermal Conductivity of Suspensions of Carbon Nanotubes in Water. International Journal of Thermophysics, 25 (4), 971–985. https://doi.org/10.1023/b:ijot.0000038494.22494.04

3. Faiz F., Zahir E. (2014) A Comparative Study of Nano Fluids for Tuneable Filter Operation. International Journal of Engineering Research, 3 (1), 9–12. https://doi.org/10.17950/ijer/v3s1/103

4. Hone J. (2004) Carbon Nanotubes: Thermal Propertiesǁ. Schwarz J. A., Contescu C. I., Putyera K. (eds). Dekker Encyclopaedia of Nanoscience and Nanotechnology. New York, M. Dekker https://doi.org/10.1201/9781439834398.ch26

5. Li Y., Zhou J., Tung S., Schneider E., Xi S. (2009) A Review on Development of Nano Fluid Preparation and Characterization. Powder Technology, 196 (2), 89–101. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2009.07.025

6. Lin Z., Wang S., Shirakashi R., Winston Zhang L. (2013) Simulation of a Miniature Oscillating Heat Pipe in Bottom Heating Mode Using CFD with Unsteady Modeling. International Journal of Heat and Mass Transfer, 57 (2), 642–656. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.09.007

7. Lips S., Lefèvre F. (2014) A General Analytical Model for the Design of Conventional Heat Pipe. International Journal of Heat and Mass Transfer, 72, 288–298. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.12.068

8. Lips S., Lefebvre F., Bonjour J. (2010) Investigation of Evaporation and Condensation Processes Specific to Grooved Flat Heat Pipe. Frontiers in Heat Pipe, 1 (2), https://doi.org/10.5098/fhp.v1.2.3001

9. Lips S., Lefebvre F., Bonjour J. (2010) Thermo Hydraulic Study of a Flat Plate Heat Pipe by Means of Confocal Microscopy : Application to a 2D Capillary Structure. Journal of Heat Transfer, 132 (11), 019008. https://doi.org/10.1115/1.4001930

10. Lips S., Lefebvre F., Bonjour J. (2011) Physical Mechanisms Involved in Grooved Flat Heat Pipe : Experimental and Numerical Analyses. International Journal of Thermal Sciences, 50 (7), 1243–1252. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2011.02.008

11. Liu Z.-H., Li Y.-Y. (2012) A New Frontier of Nano Fluid Research–Application of Nano Fluids in Heat Pipe. International Journal of Heat and Mass Transfer, 55 (23–24), 6786–6797. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.06.086

12. Liu X., Chen Y. (2013) Transient Thermal Performance Analysis of Micro Heat Pipe. Applied Thermal Engineering, 58 (1–2), 585–593. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.04.025

13. Macgregor R. W., Kew P. A., Reay D. A. (2013) Investigation of Low Global Heating Potential Working Fluids for a Closed Two-Phase Thermo Siphon. Applied Thermal Engineering, 51 (1–2), 917–925. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.10.049