Двухфазные теплопередающие контуры


DOI: 10.34759/tpt-2022-14-10-434-446

Авторы

Васильев Л. Л.1*, Майданик Ю. Ф.2**

1. Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси , 220072, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 15
2. Институт теплофизики Уральского отделения Российской академии наук, ул. Амундсена, 107а, Екатеринбург, 620016

*e-mail: lvasil@hmti.ac.by
**e-mail: maidanik@itp.uran.ru

Аннотация

Двухфазные теплопередающие контуры являются эффективными теплопередающими устройствами, работающими по замкнутому испарительно-конденсационному циклу и использующими капиллярные, гравитационные и пародинамические силы для обеспечения циркуляции теплоносителя. Они разделяются на два основных типа: контурные термосифоны и контурные тепловые трубы. И те, и другие являются пассивными устройствами, поскольку для их работы не используются какие-либо дополнительные источники энергии, кроме тех, которые являются источниками передаваемого тепла. К числу преимуществ двухфазных теплопередающих контуров относятся также высокая теплопередающая способность в сочетании с низким термическим сопротивлением, высокие надежность и рабочий ресурс, связанные с отсутствием механически подвижных компонентов, способность легко конфигурироваться и адаптироваться к различным условиям размещения и эксплуатации. В статье представлены основные условия работоспособности, конструктивные варианты, рабочие характеристики и примеры применения этих устройств в различных областях техники.

Ключевые слова:

теплопередающие устройства, контурные термосифоны, контурные тепловые трубы, системы терморегулирования, теплоноситель, испарение, конденсация, утилизация энергии

Библиографический список

  1. Капитанчук И.И. Разработка испарительной охлаждающей системы // Вопросы электроники. Серия ТРТО. 1967. № 2. С. 69–74.

  2. Васильев Л.Л., Богданов В.М., Иванцов О.М., Чирсков В.Г., Постников В.В., Двойрис А.Д., Кривошеин Б.Л. Термосифон. Авторское свидетельство СССР № 676848. Бюл. № 28. 1979.

  3. Богданов В.М., Васильев Л.Л., Киселев В.Г. Тепловая труба. Авторское свидетельство СССР № 1104350. Бюл. № 27. 1984.

  4. Vasiliev L.L., Kiselev V.G., Morgun V.A., Bogdanov V.M., Rabetsky M.I., Marchenko A.M. Heat Transfer Device. Patent U.S. 4,554,966 (1985).

  5. Васильев Л.Л., Киселев В.Г., Рабецкий М.И. Тепловая труба. Авторское свидетельство СССР № 1111014. Бюл. № 32. 1984.

  6. Васильев Л.Л. Обзор. Тепловые трубы для нагрева и охлаждения грунта // Инженерно-физический журнал. 1987. Т. 52. C. 676–687.

  7. Vasiliev L.L. Heat pipe research and development in the U.S.S.R. Heat Recovery Systems and CHP. 1989, vоl. 9, no. 4, pp. 313–333. URL: https://doi.org/10.1016/0890-4332(89)90085-9

  8. Vasiliev L.L. State-of-the art on heat pipe technology in the former Soviet Union. Applied Thermal Engineering, 1998, vol. 18, no. 7, pp. 507–551.

  9. Майданик Ю.Ф. Дмитрин В.И., Пастухов В.Г., Вершинин С.В., Чернышева М.А. Двухфазные контурные термо сифоны // Тепловые процессы в технике. 2010. Т. 2. № 5. С. 218–226.

  10. Vasiliev L.L., Grakovich L.P., Rabetskii M.I., Vasiliev L.L. Jr. Heat transfer enhancement in heat pipes and thermosyphons using nanotechnologies (nanofluids, nanocoating and nanocompo sites) as an HP envelope. Heat pipe Science and Technology, an International Journal, 2013, vol. 4, no. 4, pp. 251–275. URL: https://doi.org/10.1615/HEATPIPESCIE-TECH.2014011995

  11. Герасимов Ю.Ф., Щеголев Г.Т., Майданик Ю.Ф., Семихатов Н.А., Стариков Л.Г., Филиппов Г.А. Тепловая труба. Авторское свидетельство СССР № 449213. Бюл. № 41. 1974.

  12. Герасимов Ю.Ф., Майданик Ю.Ф., Долгирев Ю.Е., Кисеев В.М., Филиппов Г.А., Стариков Л.Г. Некоторые результаты исследования низкотемпературных тепловых труб, работающих против поля тяжести // Инженерно-физический журнал. 1976. Т. 30. № 4. С. 581–586.

  13. Maidanik Ju.F, Vershinin S.V., Kholodov V.F., Dolgirev Ju.E. Heat Transfer Apparatus. Patent U.S. 4,515,209 (1985).

  14. Майданик Ю.Ф., Ферштатер Ю.Г., Пастухов В.Г. Контурные тепловые трубы: разработка, исследование, элементы инженерного расчета // Научные доклады Уральского отделения РАН. Свердловск, 1989. 52 с.

  15. Maidanik Yu.F., Pastukhov V.G. Loop heat pipes — resent developments, test results and applications. SAE Technical Paper Series Number 1999-01-2530. 1999. URL: https://doi.org/10.4271/1999-01-2530

  16. Майданик Ю.Ф. Контурные тепловые трубы — высокоэффективные теплопередающие устройства // Инновации. 2003. № 5 (62). С. 83–86.

  17. Maydanik Yu.F. Loop heat pipes. Applied Thermal Engineering, 2005, vol. 25, no. 5–6, pp. 635–657. URL: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2004.07.010

  18. Maydanik Y.F., Vershinin S.V., Chernysheva M.A. Investigation of thermal characteristics of a loop heat pipe in a wide range of external conditions. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2020, vol. 147. 118967. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118967

  19. Vasiliev L., Lossouarn D., Romestant C., Alexandre A., Bertin Y., Piatsiushyk Ya., Romanenkov V. Loop heat pipe for cooling of high-power electronic components. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2009, vol. 52, no. 1–2, pp. 301–308. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.06.016

  20. Vasiliev L.L., Vasiliev L.L. Jr. Heat pipes to increase the efficiency of fuel cells. International Journal of low-carbon technologies, 2009, vol. 4, no. 2, pp. 96–103. URL: https://doi.org/10.1093/ijlct/ctp011

  21. Maydanik Yu.F., Dmitrin V.I., Pastukhov V.G. Two-Phase Loop Thermosyphons. Proceedings of the 8th International Seminar «Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources». Minsk, September 12–15, 2011, pp. 144–154.

  22. Амромин А.Л., Левин А.А., Выходцев Б.А., Майданик Ю.Ф., Рудюк С.В. Индукционное устройство. Авторское свидетельство СССР № 1690003. Бюл. № 41. 1991.

  23. Zhuravlyov A.S., Vasiliev L.L., Vasiliev L.L. Jr. Horizontal vapordynamic thermosyphons, fundamentals and practical applications. Heat Pipe Science and Technology, An International Journal, 2013, vol. 4, no. 1–2, pp. 39–52. DOI: 10.1615/HeatPipeScieTech.2013007414

  24. Vasiliev L., Vasiliev L., Zhuravlyov A., Shapovalov A., Rodin A. Vapordynamic thermosyphon — heat transfer two-phase device for wide applications. Archives of Thermodynamics, 2015, vol. 36, no. 4, pp. 65–76. URL: https://doi.org/10.1515/AOTER-2015-0033

  25. Vasiliev L.L. Heat pipes with nanocomposites for renewable sources of energy application // Наноструктуры в конденсированных средах: сборник научных статей. Минск: ИТМО имени А.В. Лыкова НАН Беларуси, 2018. С. 293–303.

  26. Maydanik Yu.F., Chernysheva M.A., Pastukhov V.G. Investigation of thermal characteristics of high-capacity loop heat pipe after a long-term storage. Energy. 2014, vol. 74, pp. 804–809. URL: https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.07.053

  27. Maydanik Y., Pastukhov V., Chernysheva M. Development and investigation of a loop heat pipe with a high heattransfer capacity. Applied Thermal Engineering, 2018, vol. 130, pp. 1052–1061. URL: https://doi.org/10.1016/j.appltherma- leng.2017.11.084

  28. Pastukhov V.G., Maydanik Yu.F., Vershinin S.V., Korukov M.A. Miniature loop heat pipes for electronics cooling. Applied Thermal Engineering, 2003, vol. 23, no. 9, pp. 1125–1135. URL: https://doi.org/10.1016/S1359-4311(03)00046-2

  29. Майданик Ю. Контурные тепловые трубы — высокоэффективные теплопередающие устройства для систем охлаждения электроники // Электроника. 2017. № 6. С. 122–130.

  30. Maydanik Y., Chernysheva M., Vershinin S. High-capacity loop heat pipe with flat evaporator for efficient cooling systems. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 2020, vol. 34, no. 3, pp. 465–475. URL: https://doi.org/10.2514/1.T5845

  31. Майданик Ю.Ф., Bершинин С.В., Чернышева М.А. Исследование рабочих характеристик медь-водяной контурной тепловой трубы // Тепловые процессы в технике. 2010. Т. 2. № 12. С. 536–545.

  32. Maidanik Yu.F., Fershtater Yu.G., Pastukhov V.G., Vershinin S.V., Goncharov K.A. Some results of loop heat pipes development, tests and applications. Proceedings of the 5th International Heat Pipe Symposium. Melbourne, November 17–20, 1996, pp. 406–412.

  33. Дмитрин В.И., Майданик Ю.Ф. Разработка и экспериментальное исследование контурной тепловой трубы для охлаждения мощных серверных процессоров // Тепловые процессы в технике. 2019. Т. 11. № 9. С. 410–416.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024