Качественные трубы для отопления: Какие трубы лучше выбрать для отопления: сравнительный обзор

Содержание

Топ-12 производителей труб для отопления в 2020 году в рейтинге Biokot

*Данный материал носит субъективный характер, не является рекламой и не служит руководством к покупке. Перед покупкой необходима консультация со специалистом.
О критериях отбора.


Сегодня на рынке можно найти множество производителей, которые предлагают отличные решения по трубам для отопления. Тем не менее, есть ряд брендов, которые идут впереди своих конкурентов. Среди них можно выделить:

Как правильно выбрать трубы для отопления

Вопрос о выборе труб для отопительных систем встаёт, как правило, при строительстве или капремонте недвижимого имущества. Сегодня представлено довольно много трубной продукции, которая обладает своими преимуществами и недостатками. Объективно оценить те или иные плюсы и минусы довольно сложно, так как современные отопительные системы значительно отличаются друг от друга.

Чтобы правильно выбрать трубы для системы отопления дома, стоит принимать во внимание следующие факторы:

  1. Вид монтажа трубного комплекса. Существуют различные виды, все зависит от индивидуальных предпочтений и возможностей.
  2. Предполагаемое давление. Важный момент, чтобы трубы в полной мере были сопоставимы с вашими потребностями.
  3. Вид отопительной системы. Существуют различные виды. Есть автономные решения и центральные коммуникации. 
  4. Максимально допустимые показатели по температурному режиму, на которые рассчитан носитель.
  5. Особенности по части конфигурации греющего оборудования.

Сегодня в системах отопления применяются различные элементы из таких материалов, как металл и пластик. Если с металлическими изделиями всё понятно, то с пластиковыми элементами могут быть различные нюансы. Как правило, к пластиковым элементам относят полипропилен, металлопластик или сшитый полиэтилен. Все эти материалы обладают рядом положительных свойств, которые эффективно показывает себя при эксплуатации. Выбирать определенный вид трубной продукции стоит только исходя из характеристик, обусловленных имеющимися условиями по эксплуатации.  

Как было указано выше, еще не так давно трубы из металла применялись в подавляющем большинстве систем отопления. Альтернатив такому материалу практически не было. Сегодня большую популярность набирают пластиковые элементы. Сегодня стальные решения применяются по большей части в автономных комплексах, где нужна прокладка коммуникаций большого диаметра.

Основными плюсами полипропиленовых труб является относительно большой срок эксплуатации. Многие производители заявляют, что долговечность достигает до пятидесяти лет. Некоторые немецкие производители заявляют, что их продукция будут служить до ста лет, что подтверждается специальными сертификатами. Еще одним существенным преимуществом таких труб являются отличные показатели по части антикоррозийной устойчивости. Поверхность труб внутри остается гладкой в течение всего срока эксплуатации. За счет таких свойств трубные системы остаются герметичными, воздух не попадает внутрь отопительной системы, а значит кислород не будет повреждать элементы из металла. Пластиковые трубы обладают довольно высокой прочностью и небольшим весом. Сегодня такие решения устойчивы к низким температурам , что очень актуально для многих регионов нашей страны. Если вода в трубной системе замерзла, то можно не беспокоиться за целостность. Благодаря свойству материала, который может расширяться, повреждений можно избежать. После того, как вода оттает, труба просто примет изначальную форму.

Поделитесь с друзьями в социальных сетях

Справочная статья, основанная на экспертном мнении автора.

Оцените публикацию

Загрузка. ..

Какие трубы для отопления лучше, как выбрать и сделать монтаж, виды и сравнение

Любой тип трубы будет хорош тогда, когда он будет на своем месте. Вопрос, какие трубы лучше для отопления, наверное, всегда останется актуальным. Трубы для систем отопления могут быть следующих типов:

  • Медные трубы;
  • Трубы из нержавеющей стали;
  • Пластиковые трубы;
  • Стальные трубы;
  • Трубы из металлопластика.

Давайте разберемся, какой трубой делать отопление именно вам, какие трубы для отопления выбрать будет самым оптимальным вариантом.

Для монтажа системы отопления можно выбрать трубы из различных материалов

Стальные трубы для системы отопления

Современные трубы для отопления из стали используют для организации отопительных систем уже не первый десяток лет. Их хорошие эксплуатационные характеристики проверены временем. Мастера ценят трубы из такого материала за то, что они обладают долгим сроком службы и считаются достаточно надежными. Такие трубы способны выдержать очень высокие температурные режимы, довольно высокое рабочее давление.

Когда вы задумываетесь о том, какие трубы лучше для отопления, следует помнить, что система отопления из стальных труб довольно надежная, но в то же время, не относится к категории дешевых и не совсем технологична.

Такие трубы не очень просто спрятать от глаз, поэтому у дизайнеров они вызывают отнюдь не положительные эмоции. Еще одним минусом стальных труб является тот факт, что монтаж отопительной системы сможет осуществить только опытный сварщик.

Стальные трубы для системы отопления

Виды труб для отопления из стали оправданы в том случае, если их используют там, где требуется высокая прочность или большие диаметры. Еще, как вариант, такие трубы будут удачным решением, если в квартире необходимо сменить старые трубы из железа.

Пластиковые трубы

Среди преимуществ таких труб можно выделить долгий срок службы труб отопления, небольшой вес, простоту в монтаже и невысокую стоимость. Такие трубы выделяются довольно широким дизайнерским спектром.

Однако следует помнить о том, что такой материал, как пластик, может отличаться своими химическими составами. У каждого состава имеются свои характеристики и свои особенности применения.

Перед тем, как как выбрать трубы для отопления и приобрести трубы из пластика, лучше предварительно проконсультироваться со специалистом в данной области.

Рекомендуем к прочтению:

Пластиковые трубы

Также такие трубы обладают довольно высоким коэффициентом линейного теплового расширения. Это значит, что при подаче теплоносителя высокой температуры такие трубы могут удлиниться или в некоторых местах изогнуться. Бывали такие ситуации, когда пластиковые трубы, проложенные в стенах здания, из-за процессов расширения выдавливали пласты штукатурного слоя. Если будут установлены довольно длинные пролеты, то потребуется предусмотреть тепловые компенсаторы.

Кроме того, у пластиковых труб есть и другие недостатки. Когда будете делать выбор труб для системы отопления, следует учесть и это. Такие трубы не способны изгибаться, поэтому если будет необходим изгиб, то придется приобрести уголок, а изгиб может быть не один. К тому же, это выглядит не слишком красиво. Также это может вызвать некоторые трудности в процессе монтажа. Такие трубы, также как и фитинги для них, имеют довольно крупные размеры. Это тоже выглядит не слишком эстетично.

Даже если вы уже разобрались, какие трубы нужны для отопления, помните, что качество установки пластиковых и любых труб, в первую очередь, зависит от человеческого фактора.

Если монтажник не обладает должным профессионализмом, он может перегреть трубу, что во время вставки трубы в фитинг проходное отверстие или уменьшится до недопустимого размера, или может даже полностью перекрыться.

Трубы из металлопластика

Что представляют собой металлопластиковые трубы? И какими трубами сделать монтаж отопления? По сути – это алюминиевые изделия, которые имеют стенки толщиной в 0,1 мм, а с наружной и внутренней стороны у них имеется полиэтиленовая оболочка. Все слои таких труб склеены между собой довольно надежно и прочно. Такие трубы можно легко согнуть и они будут долгое время держать необходимую форму.

Металлопластиковые трубы

Как показывает сравнение труб для отопления – единственный минус металлопластиковых труб состоит в том, что металлические фитинги, которые им нужны, стоят довольно дорого. Также необходимо остерегаться подделок, которых на рынке очень много. Лучше всего приобретать подобные изделия в специализированных магазинах. То, сколько стоят трубы для отопления в таких магазинах, может быть и более, однако вы будете уверены в качестве.

Если вам предлагают недорогие металлопластиковые трубы, то скорее все это подделка. Данный материал для отопительных систем входит в самую дорогую ценовую категорию.

Медные трубы

Медные трубы

Когда вы думаете, какие выбрать трубы для отопления, стоит уделить внимание медным. Если сравнивать медные трубы с пластиковыми, то первые обладают целым рядом преимуществ. Больше всего их ценят за универсальность, так как они подходят не только для систем отопления, но и для газовых магистралей, и для систем водоснабжения. Таким трубам не страшна вода с высоким содержанием хлорки.

Если на пластиковые трубы некоторые примеси действуют весьма губительно, то на медные трубы они оказывают даже положительное воздействие. Образуется небольшой налет, который служит одновременно и защитным слоем такого материала. Медные трубы обладают длительным сроком службы. Они способны прослужить от 50 до 100 лет.

Рекомендуем к прочтению:

Есть у медных труб и некоторые недостатки, и когда вы задумались, какую трубу использовать для отопления, следует их учесть.

Сварка таких труб представляет непростой процесс. Для этого требуется не только опытный специалист, но и специальное оборудование.

Медные трубы обычно соединяются путем пайки или посредством пресс-фитингов. Пресс-фитинги имеют резиновое кольцо, которое со временем высохнет и тогда произойдет разгерметизация.

Еще одним недостатком таких труб является их довольно высокая стоимость.

Медные трубы не получится комбинировать с другими материалами, и это, несомненно, тоже минус. Также такие трубы боятся воздействия электрохимической коррозии.

Трубы из нержавеющей стали

Система отопления из труб из нержавеющей стали считается самой долговечной – в некоторой степени это лучшие трубы для отопления. Такие трубы способны выдержать высокое рабочее давление, они отличаются прекрасным современным дизайном, они не способны изменить химический состав теплоносителя, а также не боятся коррозийного воздействия.

 

Монтаж таких труб как внутри стены, так и снаружи, очень легко произвести. Однако все преимущества труб из такого материала сводятся на нет из-за их высокой стоимости.

Какими трубами лучше сделать отопление, решать вам, — однако можно в данном случае получить консультацию специалиста. Так вы сделаете правильный выбор труб для отопления.

Какие трубы лучше для отопления частного дом

Сегодня строительный рынок предлагает достаточно большой ассортимент труб для создания системы отопления. Сделать правильный выбор, чтобы смонтировать у себя дома хорошую систему отопления, среди такого разнообразия трубных изделий бывает очень сложно.

Основные виды труб для отопления

Трубы изготавливаются из самого разного материала. В современном производстве используется:

  • медь;
  • сталь;
  • полимерные материалы.

В зависимости от вида материала, из которого сделана труба для отопления, она приобретает соответствующие технические характеристики:

  • долговечность;
  • антикоррозийные свойства;
  • прочность;
  • совместимость с различными видами теплоносителя;
  • устойчивость к агрессивным средам.

Чаще всего трубы изготавливаются из полимерных материалов и сплавов различных металлов. Чтобы система нормально функционировала, в комплект входят разнообразные фитинги. Они могут быть нескольких видов:

  • латунные;
  • бронзовые;
  • пластиковые.

Материал фитинга подбирается в зависимости от материала устанавливаемой системы отопления.

Чтобы понять, какие трубы лучше использовать для отопления квартиры и частного дома, нужно ознакомиться с преимуществами каждого материала. Тогда выбор обогрева и радиаторов отопления не составит труда.

Классификация труб отопления

Долговечность системы отопления и ее нормальная работа во многом зависит от грамотного подбора соответствующих труб отопления. Поэтому этим нужно начинать заниматься сразу же после покупки отопительного котла.

Часто задаются вопросом: какие трубы лучше использовать для отопления своего частного дома? В загородных домах и коттеджах в большинстве случаев устанавливаются несколько вариантов таких изделий. Они подбираются в зависимости от материала изготовления. Какие бывают виды труб для отопления:

  1. Металлические:
    • из черного металла;
    • медные;
    • нержавеющие;
  2. Пластиковые:
    • полипропиленовые аналоги;
    • сшитый полиэтилен;
    • металлопластиковые.

Рассмотрим каждый материал и определимся, какие трубы подойдут для отопления частного дома лучше всего.

Трубы из черного металла

Много лет для установки системы отопления использовались только изделия из такого материала. Этот вариант остается актуальным и находит применение в наш прогрессивный век. Когда установлена самотечная отопительная система, функционирующая автономно, такие трубы считаются идеальным вариантом. Это связано с тем, что для данной системы требуется установка трубопровода большого сечения.

Преимущества черного металла

У этого материала очень много положительных качеств. Основными являются:

  • высокая прочность;
  • низкий коэффициент линейного расширения;
  • не реагирует на высокую температуру;
  • не лопается при высоком давлении;
  • сравнительно небольшая цена.

Углеродистая сталь легко выдерживает нагрев до 1500 градусов. Чтобы такая система не давала сбоев, необходимо, чтобы сварочные работы были выполнены на очень высоком  уровне.

Недостатки выбора

Прежде всего, это касается трудоемкости монтажных работ. Чтобы выполнять сварочные работы, необходимо иметь специальное оборудование. Только опытный сварщик сможет справиться с ним. Данное обстоятельство намного повышает стоимость монтажа.

Другим негативным моментом считается размер таких изделий. Из-за больших габаритов очень сложно выполнить их монтаж. Подобная система собирается только перед тем, как начнутся отделочные работы. Данный процесс отличается высокой трудоемкостью и занимает очень много времени.

Для сборки системы требуются сварочные работы, а они могут испортить половое покрытие, повредить обои. Этот момент необходимо учитывать при выполнении монтажа отопительной системы. Если после проведения ремонта придется устанавливать систему отопления, стоит подыскать альтернативу таким трубам.

Эти изделия не рекомендуется устанавливать при выполнении скрытого монтажа. Это эстетично, но металл может подвергнуться коррозии, а чтобы произвести замену трубопровода, придется ломать стену.

Трубы из меди

Такие изделия отличает высокая термостойкость и долговечность. Срок их эксплуатации рассчитан на 100 лет. Медь свободно выдерживает теплоноситель, нагретый до 500 градусов. При минусовой температуре теплоноситель замерзает, система остается в рабочем состоянии.

Медные трубы – это изделия высокоэстетичные. Радиаторы из меди имеют очень красивый внешний вид. Это достигается за счет покрытия из патины.

Главным недостатком таких изделий считается их стоимость. Медь является самым дорогим материалом, используемым для изготовления трубопровода.

Нержавейка

Такой материал можно назвать конкурентом меди. Трубы поступают в продажу в нескольких исполнениях:

  • сварные;
  • бесшовные.

Конечно, второй вариант значительно лучше. Такой вариант полностью исключает возможность случайного повреждения. Стоимость этого изделия намного выше, но одновременно с этим увеличивается срок эксплуатации.

Параметры нержавеющих труб такие же, как и у медных изделий. Стальные с тонкими стенками способны стать неплохой заменой медных трубопроводов.

Трубы из полипропилена

Эти изделия получили большое распространение в последние годы. Они имеют невысокую стоимость и малый вес. Это очень важно, так как не будет происходить дополнительного давления на несущие конструкции.

Внутренняя поверхность полипропиленовой трубы абсолютно гладкая. На стенках не будут накапливаться  отложения, часто приводящие к засору.

Изготовители полипропиленовых труб гарантируют длительный срок службы таких изделий. Он может превышать 25 лет.

Этот современный материал легко переносит низкие температуры.

Трубы отличаются красивым внешним видом. Они хорошо гармонируют с существующим интерьером помещения.

Установка требует применения специализированного оборудования. Соединить и сделать одну цепь доступно практически любому человеку. Для такой работы не требуются специальный опыт. Утюг для спайки можно взять напрокат. Возможность проводить самостоятельный монтаж является важным преимуществом этого материала.

Однако существует и несколько отрицательных качеств. Полипропиленовые трубы практически не гнутся. Чтобы создать поворот, требуется применение дополнительных фитингов. Такая конструкция влияет на целостность системы.

В случае ремонта какого-либо отдельного участка, придется провести замену всего пролета между фитингами. Это довольно неудобно.

Материал отличается низкой жесткостью. Это становится причиной провисания системы и ее выхода из строя.

Самым главным недостатком полипропилена считается низкая термостойкость. Пластиковые аналоги могут выдержать только нагрев до 70 градусов. Поэтому при их использовании необходимо придерживаться определенных ограничений.

Полиэтилен сшитый (PEX)

Он считается одним из новейших видов материала, не имеющих большого ассортимента на строительном рынке. Технология, так называемая «сшивка полиэтилена», дала возможность в несколько раз увеличить прочностные связи молекул.

Достоинством этого материала можно назвать:

  1. Высокую плотность.
  2. Повышенную термостойкость. Материал способен выдержать нагрев до 90 градусов. Этого достаточно, чтобы протопить комнату до 25 градусов.
  3. «Эффект памяти». При нагревании труба становится любой формы. Это дает возможность проводить монтаж отопления в помещениях с кривыми стенами и различной конфигурацией. После нагрева до температуры 150 градусов она снова выпрямляется, ее можно использовать при повторном монтаже.
  4. Долговечность.
  5. Совершенно гладкая внутренняя поверхность. В ней не накапливается известняк, на стенках не остаются отложения.
  6. Коэффициент линейного расширения равен нулю. Трубы можно использовать для скрытого монтажа.

Трубы из металлопластика

Эти изделия устанавливаются в системах центрального отопления.

Соединение пластика и стали позволили собрать все положительные качества материала и свести к минимуму отрицательные свойства.

Внутренняя часть изделия имеет абсолютно гладкую поверхность. Она покрыта тонкой и очень гибкой алюминиевой фольгой, которая усиливает теплоотдачу, значительно сокращает потери теплоносителя.

Внешняя поверхность металла закрыта пластиком. Он защищает ее и сводит к минимуму повреждения, когда проводится установка открытых участков.

Преимущества и недостатки металлопластиковых труб

Главными достоинствами металлопластиковых труб являются:

  1. Простой монтаж. Сборка системы напоминает пазл с использованием пресс-фитингов.
  2. Гибкая труба поставляется в бухтах.
  3. Пластик не статичен. Он не пропускает блуждающий ток.
  4. Линейное расширение равно нулю. Трубы используются при проведении скрытой установки.
  5. Внешний вид изделия не изменяется в течение многих лет, сохраняет свой первоначальный цвет.
  6. Срок эксплуатации превышает 50 лет.

Главным недостатком таких изделий, можно назвать их цену. Самыми дорогими являются соединительные фитинги. Отдельная стоимость трубы не очень высока.

Еще одним недостатком считается сужение прохода соединительных элементов. Это ведет к снижению скорости движение теплоносителя. В случае больших морозов может произойти разрыв трубы.

Советы по выбору

Итак, какие трубы выбрать для отопления частного дома? Каждый материал, из которого изготовлены трубы и батареи, имеет свои индивидуальные характеристики. Поэтому для загородных домов, где не живут постоянно, лучше устанавливать:

  • металлические;
  • медные;
  • нержавеющие;
  • металлопластиковые.

В жилых домах наилучшим вариантом могут стать полипропиленовые или РЕХ трубы. Их стоимость на порядок меньше металлических, но они имеют такие же эксплуатационные характеристики. Также эти трубы лучше использовать для отопления в квартире.

Похожие статьи:

Трубы Для Отопления Квартиры: Выбираем Лучшие

Современный жилой комплекс очень сложно представить без системы отопления, создающей благоприятный микроклимат в холодное время года. Производители регулярно пополняют рынок новым оборудованием, обеспечивающим подогрев внутреннего пространства помещений. Но какие бы котлы и радиаторы ни изобретали, для их связи всегда необходимо приобретать определенный объем труб, который представляется также в большом ассортименте. Для безошибочного выбора нужного материала лучше всего провести сравнительную характеристику.

Соответствие требованиям надежности и безопасности

Эти ключевые показатели необходимо всегда учитывать при подборе материалов для исполнения работ. Нужно помнить, что именно параметры надежности оказывают решающее влияние на стабильность использования системы без аварийных моментов. Основные причины, приводящие к разгерметизации, немногочисленны, но являются предметом пристального внимания. В первую очередь – это разрушение материала, из которого изготовлены трубы. Оно, как правило, случается в результате воздействия внутреннего давления, под которым происходит циркуляция теплоносителя. Второй причиной является нарушение герметичности в различных стыках и соединениях.

Металлические трубы

Если рассматривать предложенные на современном рынке материалы, то с точки зрения надежности, наиболее безопасным окажется металлический трубопровод, предназначенный для системы отопления. Потому что не только сами трубы, но и соединяющие их элементы, используемые в разводке, прекрасно могут выдерживать как температуру, так и внутреннее давление в системе. Когда речь идет о населенных пунктах, расположенных в пределах Крайнего Севера, то металлические трубы могут стать единственным способом устройства отопления.

Одним из основных преимуществ этого материала является то, что факт выхода из строя того или иного элемента случается постепенно и его всегда можно предотвратить или своевременно локализировать. Такой ремонт не требует дорогостоящих материалов и оборудования. Хомут, призванный перекрыть образовавшийся свищ, можно сделать своими руками, а прослужит он до окончания отопительного сезона, когда удобно произвести более состоятельный ремонт.

Пластиковые трубы

Что касается пластиковых конструкций, то их починку невозможно произвести, пока система заполнена теплоносителем, а любые поломки приводят к разрушениям с катастрофическими последствиями. Причин, по которым происходят аварии в пластиковых системах, несколько:

  • установка несертифицированной продукции, которая нередко изготавливается подпольными кустарями и отклоняется от качественных требований;
  • несоответствие базовых характеристик выбранного материала расчетным значениям давления, а также температуре в системе;
  • нарушение технологических требований в процессе монтажа.

Своевременный учет этих причин может послужить гарантией надежности пластиковой системы, а игнорирование чаще всего заканчивается печально. Поэтому приобретать используемый материал стоит только у дилеров, получающих его у производителя или дистрибьютора, и способных предоставить качественные сертификаты. Будет нелишним посетить сайт фирмы и ознакомиться с тонкостями монтажа выбранной системы. Ошибки, которые могут быть допущены во время установки, проще предотвратить, чем исправлять при эксплуатации.

Сравнительный анализ металлических и пластиковых труб

Несмотря на разнообразный ассортимент материалов, которые предлагают для разводки систем отопления, на ключевых позициях по-прежнему остаются трубы, изготовленные путем металлопроката.

Из черного металла

Нижний предел температуры плавления стальных изделий составляет 1500 градусов по Цельсию, что является несомненным плюсом. Еще одно преимущество заключается в собственной жесткости стальных труб, это позволяет использовать минимальное количество креплений. Но материал отличает также ряд недостатков. Из-за высокого коэффициента теплопроводности продвижение теплоносителя к радиаторам сопровождается немалыми потерями. Кроме этого, стальные изделия легко поддаются коррозии, что означает невозможность использования их в скрытой проводке.

Трубы из нержавейки

Обладают высокими эксплуатационными качествами, проявляя устойчивость к большинству внешних факторов и отличаясь собственной жесткостью. Поэтому стоит отметить следующий ряд положительных характеристик:

  • отсутствие реакции на электрохимические воздействия;
  • устойчивость к высокому давлению;
  • эстетичный вид, не изменяющийся со временем.

При сборке системы из данного материала практически не возникает разнообразных сложностей. Они прекрасно служат как при открытой, так и при внутренней проводке. Единственным отрицательным качеством подобной системы является ее высокая стоимость.

Трубы из меди

Использование этого материала в системе отопления обеспечит не один десяток лет безотказной работы. Дополнительное преимущество, обеспечивающее продолжительный срок эксплуатации медных труб, получается благодаря тому, что соединения, используемые в монтаже, не поддаются тепловому разрушению. Однако стоимость такой системы также довольно высока. Кроме этого, сборка из медных труб отнимает очень много времени из-за того, что соединения выполняются методом пайки. Также следует учитывать, что при медной разводке нельзя применять алюминиевые батареи, ведь эти два металла вступают в электрохимическую реакцию.

Трубы из пластика

Базовым материалом для производства пластиковых изделий служит полипропилен, а для пущей прочности его часто сшивают из нескольких слоев. Пластик обладает рядом преимуществ, основным из которых служит полная химическая инертность. Это значит, что материал совершенно не вступает в реакцию с теплоносителем, также он не подвержен окислению или коррозии. Кроме этого, вещество обладает высокой пластичностью, что делает его удобным в монтаже. На современном рынке представлено три разновидности пластиковых изделий.

Полипропиленовые

Для труб системы отопления применяют армированный полипропилен, в качестве укрепляющего каркаса в этом случае используют алюминий. Среди положительных свойств такого материала стоит отметить устойчивость к растяжению за счет металлического армирования, расположенность к скрытому способу укладки и высокую техничность монтажа. Все соединения осуществляются путем оплавления поверхности особым паяльником, выполнить эту процедуру можно лишь пройдя специальную подготовку.

Сшитый полиэтилен

Данный материал проходит обработку, позволяющую ему проявлять устойчивость к высоким температурным режимам и механическим повреждениям. Однако трубы, изготовленные данным методом, уступают аналогам из армированного пропилена в стойкости к давлению. Поэтому для систем отопления они практически не используются, хотя вполне пригодны для комплектации теплых полов, где и нашли свое основное применение.

Металлопластик

Это трубы, выполненные из двух слоев сшитого полиэтилена, которые разделены алюминиевой вставкой толщиной 0,4 мм. Прежде чем выбрать трубы, изготовленные из этого материала, всегда нужно уточнить их пригодность для использования в системах отопления. Монтируется система из металлопластиковых труб при посредстве специальных соединительных фитингов. Изделия, изготовленные данным способом, отличаются самой высокой прочностью, легки в монтаже и прекрасно подходят для скрытой разводки.

Правильный выбор диаметра для труб системы отопления

Совершенно точно установить данный параметр для труб, предназначенных для сборки системы отопления, нельзя. Дело не в суперсложных расчетах, а в том, что требуемого эффекта можно добиться, используя различные способы. Основная задача трубопровода системы отопления заключается в том, чтобы доставить к радиаторам нужное количество нагретого теплоносителя. При этом необходимо, чтобы батареи нагревались равномерно.

В системах, использующих принудительную циркуляцию, такого эффекта добиваются при помощи насоса, который разгоняет теплоноситель в системе до установленной скорости циркуляции. Смысл заключается в том, чтобы за определенный временной интервал доставить к радиатору установленное количество теплоносителя. Поэтому путей достижения этой цели может быть два. Во-первых, можно взять трубы меньшего диаметра, но при этом увеличить скорость циркуляции теплоносителя. Во-вторых – использовать изделия большего диаметра, но снизить скорость движения теплоносителя в системе. Обычно большинство людей склоняется к первому варианту.

Похожие статьи:

Какие трубы лучше выбрать для отопления частного дома?

  • О проекте
  • Система подбора подрядчика
  • Сотрудничество

Вход

Вход

ВСЕ КАТЕГОРИИ


  • Дом под ключ
    Дом под ключ


    • Деревянные дома
      Деревянные дома


      • Naturi

      • Post and Beam

      • Бревно ручной рубки

      • Брус обрезной

      • Двойной брус

      • Кело

      • Клееный брус

      • Лафет

      • Оцилиндрованное бревно

      • Профилированный брус

      • Сухой профилированный брус



    • Каменные дома
      Каменные дома


      • Арболит

      • Газобетон

      • Газосиликат

      • Керамзитобетонные блоки

      • Керамические блоки

      • Кирпич

      • Пеноблок

      • Теплоблоки



    • Каркасники
      Каркасники


      • Каркас

      • СИП панели

      • Фахверк



    • Комбинированные дома
      Комбинированные дома



    • Модульные дома
      Модульные дома



    • Монолитные дома
      Монолитные дома




  • Фундамент
    Фундамент


    • Забивные ж/б сваи
      Забивные ж/б сваи



    • Ленточный фундамент
      Ленточный фундамент



    • Монолитная плита
      Монолитная плита



    • Отмостка
      Отмостка



    • Свайно-винтовой фундамент
      Свайно-винтовой фундамент



    • Свайно-ростверковый
      Свайно-ростверковый



    • Столбчатый
      Столбчатый



    • Утепленная шведская плита
      Утепленная шведская плита




  • Внешняя отделка
    Внешняя отделка


    • Алюминиевые панели
      Алюминиевые панели



    • Архитектурные элементы
      Архитектурные элементы



    • Декоративная штукатурка
      Декоративная штукатурка



    • Дизайн внешней отделки
      Дизайн внешней отделки



    • Искуственный декоративные камень
      Искуственный декоративные камень



    • Камень
      Камень



    • Клинкер
      Клинкер



    • Конопатка сруба
      Конопатка сруба



    • Панели из искуственного камня
      Панели из искуственного камня



    • Покраска
      Покраска



    • Сайдинг
      Сайдинг



    • Теплый шов
      Теплый шов



    • Термодревесина, планкен для фасада
      Термодревесина, планкен для фасада



    • Термопанели
      Термопанели



    • Фиброцементные панели
      Фиброцементные панели



    • Черновая штукатурка
      Черновая штукатурка




  • Стеновой комплект
    Стеновой комплект


    • Деревянные дома
      Деревянные дома


      • Naturi

      • Post and Beam

      • Бревно ручной рубки

      • Брус обрезной

      • Двойной брус

      • Кело

      • Клееный брус

      • Лафет

      • Оцилиндрованное бревно

      • Профилированный брус

      • Сухой профилированный брус



    • Каменные дома
      Каменные дома


      • Арболит

      • Газобетон

      • Газосиликат

      • Керамзитобетонные блоки

      • Керамические блоки

      • Кирпич

      • Пеноблок

      • Теплоблоки



    • Каркасники
      Каркасники


      • Каркас

      • СИП панели

      • Фахверк



    • Комбинированные дома
      Комбинированные дома



    • Модульные дома
      Модульные дома



    • Монолитные дома
      Монолитные дома




  • Проектирование и дизайн
    Проектирование и дизайн


    • Дизайн внешней отделки
      Дизайн внешней отделки



    • Дизайн внутренней отделки
      Дизайн внутренней отделки



    • Дизайн интерьера
      Дизайн интерьера



    • Инженерные коммуникации
      Инженерные коммуникации



    • Ландшафтный дизайн
      Ландшафтный дизайн



    • Проектирование домов
      Проектирование домов



    • Теплотехнический расчет
      Теплотехнический расчет




  • Кровля
    Кровля


    • Водосточная система
      Водосточная система



    • Еврошифер (ондулин)
      Еврошифер (ондулин)



    • Зеленая кровля
      Зеленая кровля



    • Керамическая черепица
      Керамическая черепица



    • Композитная
      Композитная



    • Металлочерепица
      Металлочерепица



    • Мягкая кровля
      Мягкая кровля



    • Плоская кровля
      Плоская кровля



    • Сланцевая кровля
      Сланцевая кровля



    • Фальцевая кровля
      Фальцевая кровля



    • Цементно-песчаная черепица
      Цементно-песчаная черепица



    • Чердачная лестница
      Чердачная лестница



    • Шифер
      Шифер


  • Еще


    • Инженерные коммуникации
      Инженерные коммуникации


      • Вентиляция и кондиционирование
        Вентиляция и кондиционирование



      • Водоснабжение
        Водоснабжение


        • Бурение скважин

        • Водонагреватели

        • Копка колодца

        • Система водоподготовки



      • Канализация
        Канализация


        • Станция биоочистки (септик)



      • Отопление
        Отопление


        • Газгольдер

        • Газовый котел

        • Дизельный котел

        • Дымоход

        • Пеллетный котел

        • Твердотопливный котел

        • Электрический котел



      • Подогрев пола (теплые полы)
        Подогрев пола (теплые полы)


        • Электрические теплые полы



      • Проектирование инженерных систем
        Проектирование инженерных систем



      • Электрика
        Электрика


        • Заземление

        • Молниезащита




    • Забор/Ворота/Бытовки
      Забор/Ворота/Бытовки


      • Бытовки
        Бытовки



      • Ворота
        Ворота


        • Гаражные

        • Откатные

        • Распашные



      • Забор
        Забор




    • Двери/Окна
      Двери/Окна


      • Двери
        Двери


        • Входные двери

        • Межкомнатные двери



      • Мансардные окна
        Мансардные окна



      • Обсада
        Обсада



      • Окна
        Окна


        • Алюминиевые окна

        • Дерево алюминиевые окна

        • Деревянные окна

        • Пластиковые окна




    • Камины/Печи/Барбекю
      Камины/Печи/Барбекю


      • Барбекю
        Барбекю



      • Дымоход
        Дымоход



      • Камины
        Камины



      • Печи для бани и сауны
        Печи для бани и сауны




    • Охранные системы
      Охранные системы


      • Видеонаблюдение
        Видеонаблюдение



      • Охранные системы
        Охранные системы



      • Пожарная сигнализация
        Пожарная сигнализация




    • Ландшафтный дизайн
      Ландшафтный дизайн


      • Бассейны и пруды
        Бассейны и пруды



      • Беседки
        Беседки



      • Газон
        Газон



      • Дизайн ландшафта

Какие трубы лучше для отопления

Выбор материалов для отопления

Очень многие уделяют обустройству своего жилья большое внимание. Всем хочется жить в комфортных условиях, поэтому делается капитальный дорогостоящий ремонт, приобретается удобная мебель, красивый текстиль, недешевые аксессуары. Но все эти хлопоты будут не в радость, если в доме холодно, сыро и неуютно. Поэтому целесообразно уделить особое внимание теплоизоляции жилого помещения и монтажу системы отопления.

Здесь важно составить качественный проект, рассчитать давление и правильно выбрать трубы. Производители выпускают большой ассортимент элементов для системы горячего водоснабжения. Какие трубы лучше для отопления, и чему отдать предпочтение? Давайте разбираться.

Основные критерии выбора

Любой специалист обладает целым арсеналом средств, которые помогают ему сделать правильный выбор. Каждый вид труб имеет и положительные, и отрицательные характеристики. Поэтому, учитывая их, несложно найти оптимальное решение. Многое также зависит от знания того, какие системы отопления существуют, и какие инженерные условия нужно соблюсти. Вот список основных исходных данных, которые обязательно нужно принимать во внимание, осуществляя выбор труб для отопления:

  • Наличие принудительной или самотечной системы отопления
  • Способ укладки — внутренний или внешний
  • Сложная или простая конфигурация системы.
  • Мощность давления в системе
  • Максимальная температура воды

Ниже будет приведен список существующих вариантов. Он поможет правильно решить, какие трубы нужно выбирать.

Виды труб и основные характеристики исходного материала

В продаже сегодня можно найти несколько разновидностей труб для отопления. Это:

  1. Из черного металла.
  2. Полипропиленовые.
  3. Инновационные материалы из сшитого полиэтилена.
  4. Металлопластиковые изделия.
  5. Медные образцы.
  6. Из нержавеющей стали.

Трубы из черного металла

Стальные трубы отопления

Подобный выбор до недавнего времени был единственной альтернативой для монтажа системы отопления. И к нему не стоит относиться, как к пережитку прошлого. В системе самотечного отопления, работающего в автономном режиме, данный вариант — самое оптимальное решение. А все потому, что в этом случае необходим трубопровод большого диаметра. Этот материал обладает определенными достоинствами. Он:

  • Прочен.
  • Обладает небольшим линейным расширением и высокой теплопроводностью.
  • Устойчив к высоким температурам.
  • Способен выдержать достаточно высокое давление.
  • Ценовая составляющая вопроса демократична и очень доступна.

Углеродистая сталь выдерживает температуру до +1500 градусов по Цельсию. Если сварочные работы производятся качественно, система самотечного отопления будет работать безупречно. Каковы недостатки обозначенного выбора?

  • Во-первых, сложность монтажа. Для сварки применяется специальное оборудование, работать на котором может только опытный сварщик. Это обстоятельство значительно увеличивает стоимость монтажа.
  • Во-вторых, нужно учитывать и тот факт, что габаритность труб затрудняет их установку. Собирать такую систему можно только перед началом отделочных работ. Процесс этот трудоемкий, грязный, занимающий длительное время.
  • Сваркой легко повредить обои и половое покрытие, поэтому нужно учитывать эти особенности монтажа. Если есть необходимость собрать систему отопления уже после произведенного ремонта, лучше найти альтернативу трубам из черного металла.
  • В-третьих, специалисты не рекомендуют использовать обозначенный вариант для монтажа скрытого в стенах трубопровода. Металл подвержен коррозии, поэтому всякое может случиться.

Суммируя достоинства и недостатки, несложно определиться с выбором.

Полипропиленовые трубы

Полипропиленовая труба для отопления

Полипропиленовые трубы доступны и имеют небольшой вес, поэтому не будут увеличивать нагрузку на несущие конструкции. Кроме того, они:

  1. Имеют гладкую внутреннюю поверхность. На ней не скапливаются опасные отложения, которые часто забивают трубу и делают ее внутреннее сечение непроходимым.
  2. Производители дают высокие гарантийные сроки и говорят о том, что трубы из полипропилена могут служить в течение 25 лет.
  3. Материал обладает устойчивостью к низким температурам.
  4. Он имеет прекрасный внешний вид, который хорошо гармонирует с элементами современной отделки интерьеров.

Для монтажа элементов применяется специальное оборудование. Сформировать цепь сможет любой, для этого не нужно обладать специальными навыками и умениями, а утюг для пайки всегда можно взять в аренду. И это обстоятельство тоже можно приплюсовать к достоинствам описываемого материала. И все бы ничего, но нужно учитывать и недостатки пропиленовых труб:

  • Они не гнутся. Для того чтобы сделать поворот, нужно применить дополнительные фитинги, нарушающие целостность системы.
  • Если возникнет необходимость в ремонте отдельного участка, нужно будет заменить весь пролет от фитинга к фитингу. И это тоже не очень удобно.
  • Полипропилен имеет низкую жесткость, поэтому часто наблюдаются провисания системы, что приводит к поломке.
  • Но самый высокий недостаток этого выбора — низкая термостойкость. Рабочая температура пластиковых труб 70 градусов, поэтому существуют строгие ограничения их использования.

Инновационные трубы из сшитого полиэтилена

Трубы из сшитого полиэтилена — новинка

Этот материал пока относится к новинкам сборных технологий. Но уже можно судить о его преимущественных характеристиках:

  • Материал имеет высокую плотность. Он устойчив к высокому давлению и высоким температурным показателям, а также имеет эффект памяти. Если ее согнуть, она будет сохранять свое положение, но выпрямится, если ее снова нагреть. Такое свойство значительно упрощает монтаж проводки.
  • Производители заявляют, что срок службы PEX-трубы составляет 50 лет.
  • Собирать систему можно при помощи пресс-фитингов, не требующих применения дополнительного профессионального оборудования.
  • Просвет трубы не засоряется и остается низменным на протяжении всего срока эксплуатации трубопровода.
  • Такие элементы можно монтировать в стене, поскольку они не имеют большого коэффициента расширения и не боятся коррозии.

На основании этих характеристик смело можно сказать, что сшитый полиэтилен — это лучшие трубы для отопления.

Металлопластиковые

Металлопластиковая труба PE-Xc

Самый популярный выбор, оправданный в условиях эксплуатации центрального отопления. Он успешно сочетает в себе преимущества металла и пластика. Преимущественные характеристики формируются благодаря особенностям конструкции и многослойной структуре материала.

Внутренний слой — стойкий полимер, предотвращающий появление осадков. Он защищен слоем алюминиевой фольги. Она, в свою очередь, покрыта слоем полимера, защищающего многослойную конструкцию от воздействия внешней среды. Благодаря специальному клею все соединения слоев получаются очень прочными и пластичными. В результате на выходе имеется продукт, обладающий прекрасными техническими характеристиками:

  1. Имеют гладкую внутреннюю поверхность
  2. Прекрасный эстетичный внешний вид.
  3. Долговечны
  4. Экономичны.
  5. Лишены статичности и линейного расширения.
  6. Легко поддаются ремонту.
  7. Монтаж производится без применения профессионального оборудования.

Единственный их недостаток — это высокая цена. Существенная доля расходов приходится на соединительные фитинги, а они тоже имеют существенный изъян — зауженное сечение. Это затрудняет проходимость, поэтому данный материал не советуют применять в загородном строительстве. В случае промерзания воды металлопластиковые трубы могут разорваться.

Медные аналоги

Медные трубопроводы отопления

При решении вопроса, какие трубы лучше использовать для отопления, специалисты отдают предпочтение медным системам. Это самый дорогостоящий вариант, но условия эксплуатации и технические характеристики металла легко компенсируют этот недостаток. Только медные трубы имеют широкий диапазон рабочих температур.

Порой бывает так, что использовать можно только эти конструкции. Если теплоноситель транслирует воду свыше 500 градусов, выдержать нагрузку может лишь медь. Она не боится ни высоких, ни низких температур. Только медь может обеспечить сохранность теплопровода, если наступает промерзание системы.

То же самое касается и гидроудара. Средний срок службы медной трубы 100 лет, что в разы превышает возможности описываемых выше материалов. Кроме того, медная система отводов выглядит очень винтажно. Со временем она приобретает благородную патину, которая прекрасно смотрится в любом варианте отделки. У медных труб практически отсутствуют недостатки. Единственный минус — высокая цена изделий.

Трубы из нержавеющей стали

Гофрированная труба из нержавеющей стали

Нержавеющая сталь — единственный материал, который может посоперничать с медью. В продаже есть два варианта изготовления:

  1. Трубы, выполненные из листа стали при помощи сварного шва.
  2. Бесшовные стальные трубы.

Понятно, что второй вариант более предпочтителен. Он исключает возможность повреждения изделия. Стоимость его выше, зато срок службы дольше. Описывать характеристики труб, выполненных из нержавеющей стали, нет необходимости. Они идентичны медным изделиям. Тонкостенные стальные трубы станут неплохой альтернативой медным элементам.

Теперь вы знаете, какие выбрать трубы, чему отдать предпочтение при монтаже отопительной системы. Главное в этом вопросе — не экономить. Лучше раскошелиться и избавить себя от возможных проблем, чем каждый раз латать проблемные участки и нервничать, сетуя на свою недальновидность.

Технологии и решения по управлению температурным режимом

  • Дом
  • О компании
    • Новости
    • События
    • О нас
    • Объект
    • Качество
    • Наша команда
    • Отзывы клиентов
    • Туристическая информация
    • ACT Социальная ответственность
  • Карьера
  • Связаться
    • Связаться с ACT
    • Найди своего представителя

  • Звоните: 717.295.6061

  • Звоните: 717.295.6061

Связаться с инженером

Усовершенствованные технологии охлаждения

  • Дом
  • О компании
    • Назад
    • Новости
    • События
    • Около
    • Объект
    • Качество
    • Наша команда
    • Отзывы клиентов
    • Корпоративная социальная ответственность
    • Карьера: мы нанимаем!
  • Связаться
    • Назад
    • Найти представителя
  • Рынки
    • Назад
    • Авиация
    • Охлаждение электроники
    • Охлаждение корпуса
      • Назад
      • Заказать онлайн
      • Инструмент выбора
    • Рекуперация энергии HVAC
    • Обработка материалов
    • Медицинский
    • Военный
      • Назад
      • Оружие направленной энергии
      • Решения для встраиваемых вычислений
    • Фотоника
    • Силовая электроника
    • Солнечная
    • Тепловой контроль космического корабля
    • Калибровка и контроль температуры
    • Транспорт
  • Продукты
    • Назад
    • Тепловые трубки для управления температурным режимом
      • Назад
      • Узлы тепловых труб
      • Пластины HiK ™
      • Узлы паровой камеры
    • Двухфазные системы охлаждения с насосом
    • Радиаторы PCM
    • Изделия для контроля температуры космических аппаратов
      • Назад
      • Тепловые трубки постоянной проводимости
      • Тепловые трубки с переменной проводимостью
      • Контурные тепловые трубки
      • Медные / водяные тепловые трубы
      • Аккумулятор для гидравлических систем
    • Охладители герметичных корпусов
      • Назад
      • Охладители радиатора ACT-HSC
      • Охладители с тепловыми трубками ACT-HPC
      • Термоэлектрические кондиционеры ACT-TEC
      • Заказать онлайн
      • Инструмент выбора
    • Теплообменники HVAC
      • Задняя
      • Теплообменник с воздушно-воздушной трубкой
      • Теплообменник с тепловой трубкой для повышенного осушения воздуха
      • Термосифонный теплообменник с пассивным разделением контура WAHX
      • Термосифонный теплообменник с пассивным разделением контура AAHX
      • AAHX Термосифонный теплообменник с разделенным контуром и насосом
      • Вентилятор с пассивной тепловой трубкой (HRV)
      • Тепловой пассивный клапан ACT
    • Петлевой термосифон
    • Теплотехнические услуги
    • ICE-Lok ™ Wedgelock с термическим усилением

Конструктивные особенности при использовании тепловых трубок

Джордж Мейер, Celsia Inc.

Введение

Эта статья предназначена для предоставления рекомендаций по проектированию при использовании тепловых трубок для наиболее распространенных типов электронных приложений: от мобильных до встроенных вычислений и приложений серверного типа с рассеиваемой мощностью от 15 Вт до 150 Вт с использованием кристалла процессора размеры от 10 мм до 30 мм кв. Обсуждение ограничено этими условиями, поскольку приведенные рекомендации не обязательно применимы к приложениям силовой электроники. Кроме того, обсуждение сосредоточено на наиболее распространенном типе тепловых трубок — i.е. Медная трубка со спеченным медным фитилем, рабочая жидкость — вода. Статья также не предназначена для предоставления подробного анализа надлежащей конструкции тепловых трубок и радиаторов, а скорее для предоставления рекомендаций по количеству и размеру используемых тепловых трубок, а также для предоставления рекомендаций по оценке размера радиатора и определению методов крепления. радиатора к печатной плате (PCB). Поскольку в этой статье не рассматриваются основы работы с тепловыми трубками, для тех читателей, которые не знакомы с этой технологией, хорошие обзоры могут быть найдены в [1-4].

В качестве помощи: Рисунок 1 служит для обзора конструкции тепловой трубы и принципа ее работы. На внутренние стенки трубы наносится фитильная структура (спеченный порошок). Жидкость (обычно вода) добавляется в устройство и закрывается вакуумом, после чего фитиль распределяет жидкость по всему устройству. Когда к зоне испарителя подводится тепло, жидкость превращается в пар и перемещается в зону с более низким давлением, где она охлаждается и возвращается в жидкую форму. Затем капиллярное действие перераспределяет его обратно в секцию испарителя.

Рисунок 1. Конструкция тепловой трубы и принцип работы.

Применение тепловых трубок следует рассматривать, когда тепловая конструкция ограничена теплопроводностью или когда нетепловые цели, такие как вес, не могут быть достигнуты с другими материалами, такими как твердый алюминий и / или медь. При проектировании тепловых трубок для теплового решения необходимо учитывать следующие факторы:

  • Эффективная теплопроводность
  • Внутренняя структура
  • Физические характеристики
  • Радиатор

и обсуждаются в следующих разделах.

1.0 Эффективная теплопроводность

Регулярно публикуемые данные по теплопроводности тепловых труб обычно составляют от 10 000 до 100 000 Вт / м · К [4]. Это в 250-500 раз больше теплопроводности твердых меди и алюминия соответственно. Однако не стоит полагаться на эти цифры для типичных электронных приложений. В отличие от твердого металла, эффективная теплопроводность медных тепловых трубок сильно зависит от длины тепловых трубок и в меньшей степени от других факторов, таких как размер испарителя и конденсатора, а также количество передаваемой энергии.

На рисунке 2 показано влияние длины на эффективную теплопроводность тепловой трубы. В этом примере три тепловые трубки используются для передачи тепла от источника питания мощностью 75 Вт. В то время как теплопроводность 10000 Вт / м · К достигается при длине тепловых трубок чуть менее 100 мм, длина 200 мм составляет менее одной трети обычно публикуемой максимальной теплопроводности 100000 Вт / м · К. Как видно из расчета эффективной теплопроводности по формуле (1) , эффективная длина тепловой трубы является функцией адиабатической длины, длины испарителя и конденсатора:

K eff = QL eff / (A ΔT) ( 1)

где:

K eff = эффективная теплопроводность [Вт / м.K]

Q = передаваемая мощность [Вт]

L eff = эффективная длина = (испаритель L + конденсатор L ) / 2 + адиабатический L [м]

A = площадь поперечного сечения [м 2 ]

ΔT = разница температур между секциями испарителя и конденсатора [° C]

Рис. 2. Измеренная эффективная теплопроводность тепловой трубы в зависимости от длины.

2.0 Внутренняя структура

Данные о производительности тепловых трубок, указанные поставщиком, обычно подходят для стандартных приложений, но могут быть ограничены для специализированного использования.Даже если ограничить текущее обсуждение версиями из меди / воды / спеченного фитиля, настройка тепловых трубок может заметно повлиять на рабочие и рабочие характеристики.

Изменения внутренней структуры тепловой трубы, в первую очередь пористости и толщины фитиля, позволяют настраивать тепловые трубы в соответствии с конкретными рабочими параметрами и рабочими характеристиками. Например, когда тепловая труба заданного диаметра должна работать при более высоких нагрузках или против силы тяжести, капиллярное давление в фитиле должно увеличиваться.Для более высокой пропускной способности (Q max ) это означает больший радиус пор. Для эффективной работы против силы тяжести (конденсатор ниже испарителя) это означает меньший радиус пор и / или увеличенную толщину фитиля. Кроме того, можно изменять как толщину фитиля, так и пористость по длине одной трубки. Поставщики, специализирующиеся на изготовлении тепловых трубок, будут регулярно использовать медные порошки и / или уникальные оправки, изготовленные по индивидуальному заказу, чтобы конечный продукт отвечал требованиям приложений.

3.0 Физические характеристики

В случае тепловых трубок размер обычно имеет наибольшее значение. Однако изменение внешнего вида приведет к ухудшению характеристик любой данной тепловой трубы, то есть к сплющиванию и изгибу, в дополнение к влиянию силы тяжести.

3.1 Сплющивание

Таблица 1 показывает Q max для наиболее распространенных размеров тепловых труб в зависимости от диаметра. Как отмечалось ранее, Q max может отличаться от поставщика стандартных тепловых трубок.Таким образом, чтобы обеспечить сопоставление данных, представленных в , Таблица 1 взята из проекта, в котором принимал участие автор.

Примечание. * Горизонтальная работа. ** Используется более толстый фитиль по сравнению с тепловыми трубками от 3 до 6 мм.

Как правило, сплющенные медные тепловые трубки можно сплющивать максимум до 30–60% от их первоначального диаметра. Кто-то может возразить, что более реалистична нижняя фигура, прежде чем центральная линия начнет сжиматься, но на самом деле это зависит от техники.Например, цельные паровые камеры, которые начинают свою жизнь как очень большая тепловая труба, можно сузить до 90%. В связи с этим автор хотел бы предоставить эмпирическое правило того, насколько производительность будет ухудшаться на каждые 10% уменьшения толщины, но это было бы безответственно. Зачем? Ответ сводится к тому, сколько избыточного парового пространства доступно до того, как тепловая трубка будет сплющена.

Проще говоря, для наземных тепловых трубок важны два предела производительности: предел фитиля и предел пара.Предел фитиля — это способность фитиля транспортировать воду из конденсатора обратно в испаритель. Как уже упоминалось, пористость и толщина фитиля могут быть настроены для конкретных применений, что позволяет изменять Q max и / или способность работать против силы тяжести. Предел пара для конкретного применения зависит от того, сколько места доступно для движения пара от испарителя к конденсатору.

Фитиль (красный) и пар (синий) линии в Рис. 3 обозначают соответствующие пределы для различных размеров тепловых труб, показанных в Таблица 1 .Меньший из этих двух пределов определяет Q max , и, как показано, предел пара превышает предел фитиля, хотя и незначительно для 3-миллиметровой тепловой трубки. По мере того, как тепловые трубы сплющиваются, площадь поперечного сечения, доступная для движения пара, постепенно уменьшается, эффективно смещая предел пара. Пока предел парообразования превышает предел фитиля, Q max остается неизменным. В этом примере мы решили сплющить тепловые трубки в соответствии со спецификациями Таблица 1 .Как видно из предела паров плоской трубы (зеленая пунктирная линия) на , рис. 3 , предельное значение паров ниже предела фитиля, уменьшая Q max . Сглаживание 3 мм только на 33% приводит к тому, что предел парообразования становится определяющим фактором, тогда как 8-миллиметровая труба должна быть сглажена более чем на 60%, чтобы это произошло.

Примечание. Если не указано иное, диаметр тепловой трубы является круглым. Рис. 3. Измеренные пределы производительности тепловой трубы в зависимости от геометрии, фитиля и пределов пара.

3.2 Изгибание

Изгиб тепловой трубки также повлияет на максимальную допустимую мощность, для чего следует учитывать следующие практические правила. Во-первых, минимальный радиус изгиба в три раза больше диаметра тепловой трубы. Во-вторых, каждые 45 градусов изгиба уменьшают Q max примерно на 2,5%. Из Таблица 1 , 8-миллиметровая тепловая трубка, сплющенная до 2,5 мм, имеет Q max 52 Вт. Изгиб на 90 градусов приведет к дальнейшему уменьшению на 5%.Новый Q max будет 52 — 2,55 = 49,45 Вт. Дополнительная информация о влиянии изгиба на характеристики тепловой трубы приведена в [5].

3.3 Работа против силы тяжести

На рисунке 4 показано, как относительное положение испарителя и конденсатора может повлиять как на Q max , так и на выбор тепловой трубы. В каждом случае Q max уменьшается примерно на 95% от одного крайнего положения к другому. В ситуациях, когда конденсатор должен располагаться ниже испарителя, используется спеченный материал для уменьшения радиуса пор и / или увеличения толщины фитиля.Например, если 8-миллиметровая тепловая трубка оптимизирована для работы против силы тяжести (-90 ° ), ее Q max можно увеличить с 6 Вт до 25 Вт.

Примечание: испаритель над конденсатором = -90 ° Рис. 4. Измеренный эффект характеристик круглой тепловой трубы в зависимости от ориентации и диаметра.

4.0 Выбор тепловых трубок

Следующий пример, кратко изложенный в таблице 2 , представлен, чтобы проиллюстрировать, как тепловые трубки могут использоваться для решения тепловой проблемы для источника тепла мощностью 70 Вт с размерами 20 мм x 20 мм и для передачи тепла от испарителя к конденсатору требуется один изгиб тепловой трубы на 90 градусов.Кроме того, тепловые трубки будут работать в горизонтальном положении.

Для максимальной эффективности тепловые трубки должны полностью закрывать источник тепла, ширина которого в данном случае составляет 20 мм. Из таблицы 1 следует, что есть два варианта: три круглые трубы диаметром 6 мм или две сплющенные трубы диаметром 8 мм. Помните, что три конфигурации размером 6 мм будут размещены в монтажном блоке с промежутком 1-2 мм между тепловыми трубками.

Тепловые трубки могут использоваться вместе для разделения тепловой нагрузки. Конфигурация 6 мм имеет Q max 114 Вт (3 x 38 Вт), а конфигурация с плоским 8 мм имеет Q max 104 Вт (2 x 52 Вт).

Это просто хорошая практика проектирования — предусмотреть запас прочности, и обычно рекомендуется использовать 75% номинального Q max . Поэтому выберите 85,5 Вт для 6 мм (75% x 104 Вт) и 78 Вт для 8 мм (75% x 104 Вт)

Наконец, необходимо учесть влияние изгиба. Изгиб на 90 градусов уменьшит Q max каждой конфигурации еще на 5%. Таким образом, результирующая величина Q max для конфигурации 6 мм составляет чуть более 81 Вт, а для конфигурации 8 мм — 74 Вт, что выше, чем у источника тепла мощностью 70 Вт, который должен быть охлажден.

Как видно из этого анализа, обе конфигурации тепловых трубок подходят для передачи тепла от испарителя к конденсатору. Так зачем выбирать одно вместо другого? С механической точки зрения это может просто сводиться к высоте стека радиатора на испарителе, то есть конфигурация 8 мм имеет более низкий профиль, чем конфигурация 6 мм. И наоборот, эффективность конденсатора может быть улучшена за счет ввода тепла в трех местах вместо двух, что требует использования конфигурации 6 мм.

5.0 Теплоотводы

Существует множество вариантов, от ребер пакета на молнии до экструдированных стеков ребер, каждый со своей стоимостью и характеристиками. Хотя выбор радиатора может заметно повлиять на эффективность рассеивания тепла, самый большой прирост производительности для любого типа теплообменника связан с принудительной конвекцией. В таблице 3 сравниваются преимущества и недостатки ряда радиаторов, некоторые из которых показаны на рис. 5 .

Рис. 5. Конструкции радиаторов, характеристики которых приведены в таблице 3.

В качестве отправной точки для выбора радиатора, Уравнение (2) может использоваться для оценки необходимого объема радиатора для данного приложения:

V = QR v / ΔT (2)

где: V = объем теплоотвода [см 3 ], Q = рассеиваемое тепло [Вт], R v = объемное тепловое сопротивление [см 3 — ° C / Вт], ΔT = максимально допустимая разница температур [° C].

Таблица 4 содержит рекомендации по диапазону объемного теплового сопротивления радиатора в зависимости от условий воздушного потока.

Независимо от того, используется ли теплообменник, расположенный локально или удаленно от источника тепла, варианты сопряжения тепловых труб с ними идентичны и включают в себя основание с пазами, монтажный блок с пазами и методы прямого контакта, как показано на рис.

Рисунок 6. Сопряжение конденсатора тепловой трубы.

Само собой разумеется, что просто припаять круглую трубу к плоской поверхности далеко не оптимально.Круглые или полукруглые канавки следует выдавить или обработать механической обработкой в ​​радиаторе. Желательно, чтобы размер канавок был примерно на 0,1 мм больше диаметра тепловой трубки, чтобы оставалось достаточно места для припоя.

Радиатор, показанный на рис. 6 (а) , использует как локальный, так и удаленный радиатор. Экструдированный теплообменник предназначен для размещения слегка сплющенных тепловых трубок, помогая максимизировать контакт между медной монтажной пластиной и источником тепла. Блок ребер с удаленной штамповкой используется для дальнейшего повышения тепловых характеристик.Эти типы теплообменников особенно полезны, поскольку трубы могут проходить прямо через центр пакета, уменьшая потери проводимости по длине ребер. Поскольку для этого типа ребер не требуется опорная плита, можно уменьшить вес и стоимость. Опять же, отверстия, через которые монтируются тепловые трубки, должны быть на 0,1 мм больше диаметра трубы. Если бы труба была полностью круглая у источника тепла, более толстой рифленой пластины крепления были бы необходимы, как показано на Рисунок 6 (б)

Если потери проводимости в связи с базовой пластиной и дополнительным слоем ТИМ все еще неприемлемо, дополнительно матирующие а обработка тепловых трубок обеспечивает прямой контакт с источником тепла, как показано на фиг. 6 (c) .Повышение производительности от этой конфигурации обычно приводит к снижению повышения температуры на 2-8 ° C. В случаях, когда требуется прямой контакт источника тепла с тепловыми трубками, следует рассмотреть возможность установки паровой камеры, которая также может быть установлена ​​напрямую из-за ее улучшенной способности рассеивать тепло.

Основной причиной выбора решения с тепловыми трубками является повышение производительности. Таким образом, использование термоленты или эпоксидной смолы в качестве основного средства крепления радиатора к матрице не подходит.Вместо этого с тепловыми трубками часто используются три типа механических приспособлений; все они соответствуют требованиям стандартов MIL-810 и NEBS Level 3 к ударам и вибрации.

Рис. 7. Способы крепления тепловых трубок для небольших (маломощных) радиаторов.

Наконец, типичные методы крепления тепловых трубок для небольших (маломощных) радиаторов показаны на Рис. 7 . На рис. 7 (a) показана штампованная монтажная пластина. Хотя для этого требуется два отверстия в печатной плате, этот метод обеспечивает лучшую защиту от ударов и вибрации по сравнению с термолентой или эпоксидной смолой, а также с некоторым сжатием TIM — требуется сжатие до 35 Па. На рис. 7 (b) показаны подпружиненные пластиковые или стальные нажимные штифты, которые еще больше увеличивают сжатие TIM примерно до 70 Па. Установка выполняется быстро и просто, но для удаления требуется доступ к задней части печатной платы. Нажимные штифты не должны рассматриваться ни для чего, кроме требований к легким ударам и вибрации. Подпружиненные металлические винты, Рис. 7 (c) , обеспечивают высочайшую степень защиты от ударов и вибрации, поскольку они являются наиболее надежным методом крепления радиатора к кристаллу и печатной плате.Они предлагают самую высокую предварительную нагрузку TIM примерно (520 Па).

Краткое содержание

Было предоставлено руководство по проектированию по использованию медных трубчатых тепловых трубок с спеченным медным фитилем с использованием воды в качестве рабочей жидкости. Как указано, при выборе тепловой трубы необходимо учитывать ряд факторов, включая эффективную теплопроводность, внутреннюю структуру и физические характеристики, а также характеристики теплоотвода.

Ссылки

[1] Garner, S.D., «Тепловые трубки для систем охлаждения электроники», ElectronicsCooling , сентябрь 1996 г., https://electronics-cooling.com/1996/09/heat-pipes-for-electronics-cooling-applications/, по состоянию на 15 августа, 2016.

[2] Graebner, JE, «Heat Pipe Fundamentals», ElectronicsCooling , июнь 1999 г., https://electronics-cooling.com/1999/05/heat-pipe-fundamentals/, по состоянию на 15 августа 2016 г.

[3] Загдуди, М.К., «Использование систем охлаждения с тепловыми трубками в электронной промышленности», ElectronicsCooling , декабрь 2004 г., https: // electronics-Cooling.com / 2004/11 / use-of-heat-pipe-cool-systems-in-the-electronics-industry /, по состоянию на 15 августа 2016 г.

[4] Петерсон, Г.П., Введение в тепловые трубки: моделирование, Тестирование и приложения, John Wiley & Sons, Нью-Йорк, США (1994).

[5] Мейер, Г., «Как изгиб влияет на работу тепловых труб и паровой камеры?» Ноябрь 2015 г., http://celsiainc.com/blog-how-does-bending-affect-heat-pipe-vapor-chamber-performance/, по состоянию на 15 августа 2016 г.

[6] Мейер, Г., « Конструктивные особенности при использовании тепловых трубок (Pt.2) », август 2016 г., http://celsiainc.com/design-considerations-when-using-heat-pipes-pt-2/, по состоянию на 15 августа 2016 г.

Джордж Мейер

— ветеран тепловой промышленности с более чем тридцатилетним опытом работы в области управления температурным режимом электроники. В настоящее время он является генеральным директором Celsia Inc., проектной и производственной компании, специализирующейся на изготовлении нестандартных радиаторов с использованием тепловых трубок и паровых камер. Ранее г-н Мейер проработал в Thermacore двадцать восемь лет на различных руководящих должностях, включая председателя подразделения компании на Тайване.Он имеет более 70 патентов на технологии теплоотвода и тепловых труб и является председателем тепловых конференций Semi-Therm и IMAPS в районе Сан-Франциско.

Контактная информация:

Джордж Мейер
Генеральный директор
Celsia Inc
3287 Кифер Роуд, Санта-Клара, Калифорния, 95051
Эл. Почта : [email protected]

Пористые конструкции в тепловых трубках

1. Введение

Двухфазные системы теплопередачи с капиллярным приводом имеют важные преимущества перед традиционными однофазными системами.Наиболее значительным преимуществом, связанным с фазовым переходом рабочего тела, является более высокий коэффициент теплопередачи, что приводит к улучшенной теплопередаче. По сравнению с однофазной жидкой системой требуются меньшие массовые расходы для передачи эквивалентных количеств теплового потока для заданного диапазона температур. Лучшие тепловые характеристики и более низкий массовый расход обеспечивают преимущество двухфазной системы в виде меньшей и легкой конструкции и повышенной производительности. Однофазная система требует высокого температурного градиента или высокого массового расхода для передачи большого количества теплового потока, поскольку теплоемкость однофазной системы зависит от изменения температуры рабочей жидкости.Двухфазная система обеспечивает практически изотермический режим работы независимо от тепловой нагрузки.

Кроме того, однофазные системы нуждаются в механических насосах или вентиляторах для циркуляции рабочей жидкости, тогда как в двухфазных системах с капиллярным приводом рабочая жидкость циркулирует без каких-либо дополнительных механических устройств, что делает такие системы более надежными и свободными от электроэнергии. . Самая известная двухфазная система с капиллярным приводом — тепловая трубка, ее схема показана на рисунке 1. Концепция тепловой трубки была впервые предложена Гоглером в 1944 году [1] и Трефетеном [2], но не получила широкого распространения до серьезные опытно-конструкторские работы Гровера и его коллеги в лаборатории Лос-Аламоса [3].Тепловые трубы — это пассивные устройства теплопередачи, которые переносят тепло от одной точки (источника тепла) к другой (радиатор) с чрезвычайно высокой теплопроводностью из-за скрытой теплоты испарения рабочей жидкости. Как показано на рисунке 1, он состоит из контейнера, рабочего тела, фитильной конструкции и имеет три секции (испарительную, адиабатическую и конденсаторную) [4].

Рисунок 1.

Схема тепловой трубы.

Поскольку одной из наиболее важных частей тепловой трубки HP и петлевой тепловой трубки LHP является пористая фитильная структура, в данной работе основное внимание уделяется экспериментам, в которых пористая фитильная структура влияет на способность теплопередачи тепловой и петлевой тепловых трубок.

2. Тепловая трубка

Тепловая трубка представляет собой устройство теплопередачи, использующее фазовый переход рабочей жидкости для передачи тепла от источника тепла к радиатору и капиллярных сил, возникающих в структуре фитиля, к циркуляции рабочей жидкости. Тепловая трубка состоит из герметично закрытой емкости с фитильной структурой на внутренней поверхности и рабочей жидкости, близкой к температуре насыщения. Тепло, передаваемое через контейнер жидкости в испарителе, вызывает испарение жидкости и прохождение пара через открытую сердцевину испарителя с тепловой трубкой.Пар выходит из испарителя через адиабатический участок в конденсатор. Там пар конденсируется, и выделяемое тепло передается через структуру фитиля и стенку емкости в окружающую среду конденсатора. Конденсированная жидкость насыщает структуру фитиля и создает капиллярное давление; таким образом жидкость перекачивается обратно в испаритель. Работа тепловой трубы в основном зависит от параметров емкости, рабочей жидкости и конструкции фитиля. Правильный выбор и конструкция основных частей тепловой трубы влияет на ее рабочие характеристики, определяемые ограничениями теплопередачи, эффективной теплопроводностью и осевым перепадом температур.Двухфазная теплопередача рабочей жидкости делает тепловую трубу идеальной для передачи тепла на большие расстояния с очень небольшим перепадом температуры из-за температурной стабилизации почти изотермической поверхности, создаваемой во время работы. Практически изотермические условия работы тепловой трубы связаны с работой рабочей жидкости в термодинамическом насыщенном состоянии, когда тепло переносится с использованием скрытой теплоты парообразования вместо явной теплоты или теплопроводности. Тепло, переносимое с использованием скрытой теплоты парообразования, в несколько раз больше, чем тепло, переносимое явным теплом для геометрически эквивалентной системы.Двухфазная система рабочей жидкости с капиллярным приводом позволяет эффективно передавать большое количество тепла без дополнительных механических насосных систем, уменьшая площадь теплопередачи и, таким образом, экономя материал, стоимость и вес. Широкий диапазон используемых рабочих жидкостей, высокий КПД, малые размеры и вес, а также отсутствие внешних насосов делают тепловые трубы привлекательными вариантами в широком диапазоне приложений теплопередачи [4].

2.1. Конструкция тепловой трубки

В зависимости от типа тепловая трубка может состоять из нескольких основных частей.При разработке тепловых трубок основные компоненты и материалы остались прежними. Самая простая тепловая трубка состоит из двух основных частей: корпуса (контейнера) и рабочего тела. Внутри корпуса тепловой трубы может быть размещена капиллярная структура (фитиль), позволяющая конденсированной жидкой фазе рабочей жидкости капать против потока пара из-за капиллярного действия. Такая тепловая трубка называется фитильной тепловой трубкой. Тепловая трубка без капиллярной структуры называется гравитационной тепловой трубкой, потому что она возвращает жидкую фазу из конденсаторной части в испарительную часть, что происходит под действием силы тяжести [5].

2.1.1. Контейнер

Контейнер тепловой трубы может иметь различную форму для разных применений, но чаще всего имеет форму замкнутой трубы круглого, плоского или треугольного сечения. Основная функция контейнера с тепловой трубкой — изолировать рабочую жидкость от внешней среды. Контейнер тепловой трубы должен быть достаточно прочным, чтобы предотвратить внутренние размеры и внутреннее давление в случае сжатия или изгиба. Выбор материала контейнера зависит от многих свойств и должен иметь наиболее подходящую комбинацию (совместимость с рабочей жидкостью и окружающей средой, отношение прочности к весу, теплопроводность, пористость, смачиваемость, обрабатываемость, формуемость, свариваемость или склеиваемость).Материал контейнера должен обладать высокой теплопроводностью, твердым и прочным, но при этом легко поддающимся механической обработке, формованию, а также пайке и сварке. Поверхность материала должна быть хорошо увлажненной, но, по крайней мере, пористой, насколько это возможно, чтобы избежать диффузии газа. Тепловые трубки чаще всего изготавливаются из стали, меди, алюминия и их сплавов. Также используются различные покрытия из стальных материалов [6].

2.1.2. Рабочая жидкость

Поскольку работа тепловой трубы основана на испарении и конденсации рабочей жидкости, ее выбор является важным фактором при проектировании и производстве тепловой трубы.Рабочая жидкость выбирается, в частности, в соответствии с диапазоном рабочих температур тепловой трубы. Поэтому при выборе рабочего тела необходимо соблюдать осторожность, если диапазон рабочих температур рабочего тела лежит в диапазоне рабочих температур тепловой трубы. Тепловая трубка может работать при любой температуре, которая находится в диапазоне от тройной до критической точки рабочего тела. Критерием принятия решения при выборе рабочего тела, в случае использования рабочих жидкостей с одинаковой рабочей температурой, является соответствующее сочетание термодинамических свойств рабочего тела.Рекомендуемые характеристики, которыми должна обладать рабочая жидкость, — это совместимость с материалом капиллярной структуры и контейнера с тепловой трубкой, хорошая термическая стабильность, смачиваемость капиллярной структуры и контейнера с тепловой трубкой, давление пара в диапазоне рабочих температур, высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость жидкая и паровая фаза, высокая теплопроводность, высокая скрытая теплота парообразования, приемлемая температура плавления и точка затвердевания [6]. В таблице 1 показаны типичные рабочие жидкости для тепловых труб, отсортированные по диапазону рабочих температур.

От 203 до -160

Рабочая жидкость Точка плавления при атмосферном давлении (° C) Точка кипения при атмосферном давлении (° C) Скрытая теплота парообразования (кДж кг −1 ) Полезный диапазон (° C)
Гелий −271 −269 21 −271 до −269
Азот −210

Аммиак −78 −33 1360 −60 до 100
Ацетон −95 57 518 57 518

 −98 64 1093 10 до 130
Этанол −112 78 850 0 до 130
Вода 0 100 2260 30 до 200
Меркурий −39 361 298 250 до 650
Цезий

 Цезий От 450 до 900
Калий 62774 1938 от 500 до 1000
Натрий 98 895 3913 1340 19,700 от 1000 до 1800
Серебро 960 2212 2350 1800 до 2300

Таблица 1.

Типичные рабочие жидкости для тепловых трубок.

2.1.3. Фитильные структуры

Фитильная структура и рабочая жидкость создают капиллярные силы, необходимые для перекачивания жидкости из конденсатора в испаритель и поддержания равномерного распределения жидкости в капиллярном материале. Фитили для тепловых трубок можно разделить на однородные или составные. Однородные фитили состоят из одного материала и одной конфигурации. Наиболее распространенные типы однородных фитилей — это сетчатый фильтр, металлокерамика и осевая канавка.Композитные фитили состоят из двух или более материалов и конфигураций. Наиболее распространенными типами композитных фитилей являются переменная сетка сита, канавка с сеткой, плита сита с канавками и туннель сита с канавками. Независимо от конфигурации фитиля, желаемые свойства материала и структурные характеристики фитильных структур с тепловыми трубками включают высокую теплопроводность, высокую пористость фитиля, малый радиус капилляров и высокую проницаемость фитиля [6].

2.2. Работа тепловой трубы

Для работы тепловой трубы максимальное капиллярное давление должно быть больше, чем полное падение давления в тепловой трубе.

Суммарный перепад давления в тепловой трубе состоит из трех частей:

  1. ΔP l — перепад давления в фитильной конструкции, необходимый для возврата жидкости из конденсатора в испаритель.

  2. ΔP v — это перепад давления в паровой сердцевине, необходимый для потока пара из испарителя в конденсатор.

  3. ΔP г — это падение давления под действием силы тяжести, зависящее от наклона тепловой трубы, которое может быть нулевым, положительным или отрицательным.

Правильная работа тепловой трубы должна соответствовать условию:

ΔPc, max≥ΔPl + ΔPv + ΔPgE1

Если тепловая труба не соответствует этому условию, она не будет работать из-за высыхания фитиля внутри. секция испарителя. Это состояние называется капиллярным пределом, который определяет максимальный тепловой поток в рабочем диапазоне большинства тепловых труб. Скорость пара в жидкометаллических тепловых трубках может достигать звуковых значений при запуске и при определенных высоких температурах. Тогда производительность тепловой трубы ограничивается скоростью звука, и эффекты сжимаемости необходимо учитывать при расчете падения давления пара.Другими наиболее важными ограничениями являются давление пара или предел вязкости, которые возникают при включении тепловой трубы, когда тепловая труба работает при низкой температуре. Однако давление в конденсаторе не может быть меньше нуля, низкое давление пара жидкости в испарителе приводит к тому, что разница давлений пара между испарителем и конденсатором тепловой трубы недостаточна для преодоления сил вязкости и гравитации. Когда тепловая трубка работает при высоких тепловых потоках, поток пара может увлекать жидкость, возвращающуюся в испаритель, и вызывать высыхание испарителя.Это состояние называется ограничением уноса. Вышеупомянутые ограничения тепловой трубки относятся к осевому потоку. Во время работы тепловой трубы разница температур радиального теплового потока относительно мала. Когда тепловой поток достигает критического значения, поверхность стенки испарителя покрывается паровой подушкой, что приводит к увеличению разницы температур в испарителе. Ограничение, связанное с радиальным потоком в тепловой трубе, называется пределом кипения [7].

Если предполагаются стабильные свойства жидкости вдоль трубы, однородная структура фитиля вдоль трубы и пренебрежение падением давления из-за потока пара, общий тепловой поток тепловой трубы определяется как

Q = mmax..L.E2

mmax. = Ρl.σlμl.K.Al.2re − ρl.g.lσl.sinθE3

3. Петлевая тепловая трубка

Петельная тепловая трубка была разработана для решения неотъемлемой проблемы, связанной с использованием длинного фитиля. с малым радиусом пор в обычных тепловых трубках Герасимова и Майданика в 1972 году. LHP представляет собой двухфазное устройство теплопередачи, которое использует испарение и конденсацию рабочей жидкости для отвода тепла и капиллярных сил, возникающих в мелких пористых фитилях для циркуляции жидкости . На рисунке 2 показана схема LHP.Он состоит из испарителя с фитильной структурой, компенсационной камеры, конденсатора и трубопровода для жидкости и пара. Фитильная конструкция есть только в испарителе и компенсационной камере. Остальные части ЛТН выполнены из гладкостенной трубы. Фитильная структура испарителя имеет мелкие поры для создания капиллярного давления и обеспечения циркуляции рабочей жидкости в контуре. Фитильная конструкция компенсационной камеры имеет более крупные поры для транспортировки рабочей жидкости к испарителю.Тепло, приложенное к испарителю, заставляет эту рабочую жидкость начать испаряться, и пар проталкивается через паропровод к конденсатору из-за капиллярных сил в фитиле испарителя. Пар конденсируется в конденсаторе, и жидкость течет по жидкостной линии в компенсационную камеру. Функция компенсационной камеры заключается в хранении излишков жидкости и в регулировании рабочей температуры петлевой тепловой трубы. Таким образом, рабочая жидкость циркулирует в контуре без внешнего насоса [8, 9].

Рисунок 2.

Схема контура тепловой трубы.

LHP может работать только в том случае, если капиллярное давление, создаваемое в фитиле испарителя, больше, чем полное падение давления в контуре. Общее падение давления в тепловой трубке контура складывается из перепадов давления на трение в канавках испарителя, паропровода, конденсатора, жидкостной линии, фитиля испарителя и статического падения давления под действием силы тяжести:

ΔPtotal = ΔPgrove + ΔPvap + ΔPcon + ΔPliq + ΔPw + ΔPgE4

Капиллярное давление фитиля испарителя определяется выражением

ΔPcap = 2σ.cosθRE5

где σ — поверхностное натяжение рабочей жидкости, θ — угол контакта между жидкостью и фитилем, а R — радиус кривизны мениска в фитиле. Увеличение тепловой нагрузки на испаритель увеличивает массовый расход и общее падение давления в системе. Реакцией на это является уменьшение радиуса кривизны мениска, так что капиллярное давление будет выше, чем падение давления всей системы. Увеличение тепловой нагрузки приведет к уменьшению радиуса кривизны мениска до радиуса пор фитиля.Максимальная капиллярная насосная способность фитиля выражена выражением.

ΔPcap, max = 2σ.cosθRvE6

Дальнейшее увеличение тепловой нагрузки приведет к проникновению пара через фитиль и разгрузке системы. Таким образом, при нормальной работе должно всегда выполняться следующее условие [10]:

ΔPtotal≤ΔPcapE7

Вильямс и Харрис [11] исследовали плоские и поперечные свойства ступенчатых металлических войлочных фитилей для применения тепловых труб. Пористость, эффективный радиус пор и проницаемость для жидкости определяли с использованием данных по пропитке, капиллярной порометрии и скорости потока давления, соответственно.Авторы определили, что многие корреляции в литературе для размера пор и проницаемости носят слишком общий характер, повторяя выводы Боннефоя и Охтербека [12] в отношении эффективной теплопроводности.

Холли и Фагри [13] описали методы измерения проницаемости и эффективного радиуса пор, основанные на тесте скорости нарастания.

Обычно испытание скорости подъема требует наблюдения за фронтом жидкости, когда она поднимается в сухом фитиле, частично погруженном в лужу жидкости.Поскольку точное местоположение этого фронта может быть трудно обнаружить, авторы разработали метод, использующий поглощение массы, а не фронт мениска, для определения скорости подъема жидкости в фитиле. Анализируя поднимающийся мениск, авторы разработали серию уравнений, которые можно использовать для численного уменьшения данных по поглощению массы, чтобы получить результаты по проницаемости и размеру пор.

Можно найти несколько соотношений для проницаемости, наиболее распространенным из которых является уравнение Блейка-Козени [14, 15], которое дает проницаемость слоя уплотненных сфер как

K = rv2ε337.51 − ε2E8

, где K — проницаемость, r p — радиус поры, а ε — пористость.

Рен и Ву [16] смоделировали эффект эффективной теплопроводности фитиля в испарителях LHP; Была разработана двумерная осесимметричная модель, дающая результаты, в некоторых отношениях согласующиеся с литературными данными, а именно положение фронта жидкости по отношению к нагретому ребру [17, 18].

Чжао и Ляо [18] представили температурные профили, указывающие на уменьшение утечки тепла для увеличения теплового потока в слое упакованных сфер.

Iverson et al. [19] исследовали тепломассоперенос в спеченных медных фитильных структурах. Образцы фитилей устанавливались вертикально, при этом нижняя часть погружалась в бассейн с водой. Нагреватель, установленный на задней поверхности фитиля, подавал энергию на образец, и результирующие градиенты температуры измерялись вместе с массовым расходом рабочей жидкости.

Большая часть тепловой нагрузки используется при испарении на внешней поверхности фитиля [20]. Остальная часть подводимого тепла (так называемая «утечка тепла») проходит через фитиль и пропорциональна эффективной теплопроводности (ETC) капиллярных фитилей [21].Более низкая теплопроводность пористого фитиля обеспечивает меньшую теплопроводность жидкости внутри внутренней поверхности фитиля и поддерживает рабочую температуру и, следовательно, тепловое сопротивление всего LHP.

Ку [10] и Фурукава [22] разработали простейшую модель утечки тепла LHP, в которой используется параметр проводимости, который зависит от геометрии и рабочих условий.

Qe, cc = Ge, ccTe-TccE9

где Q — мощность, G — параметр проводимости, а T — температура испарителя и компенсационной камеры.

В установившемся режиме утечка тепла в компенсационную камеру должна компенсироваться жидкостью, возвращающейся из конденсатора; Уравнение (7) результаты, где ΔT представляет собой переохлаждение возвращающейся жидкости

Qe, cc = m.cpΔTE10

, где m — массовый расход, а c p — удельная теплоемкость.

Чуанг [23] разработал стационарную модель LHP, которая разбивает общую утечку тепла на два отдельных компонента: в осевом направлении от испарителя к компенсационной камере и радиально от источника тепла к сердечнику испарителя.Эти два эффекта связаны между собой тем, что образование пузырьков пара в активной зоне испарителя из-за радиальной утечки уменьшает общий путь теплового потока обратно в компенсационную камеру, увеличивая осевую утечку [10].

Чуанг вывел следующие выражения для осевой и радиальной утечки тепла соответственно:

Qleak, a = keffATe − TccL + NukfπLTe − Tcc2E11

Qleak, r = 2πkeffLςroriς − 1ΔTWE12

, где Q утечка мощности — тепловая мощность. , k eff — эффективная теплопроводность, A — площадь, L — характерная длина, Nu — число Нуссельта, k f — теплопроводность жидкости, а ς представляет собой безразмерное соотношение адвекции и проводимости, задаваемое формулой

ς = м.cp2πkeffLE13

В своем анализе и эксперименте Чуанг предположил, что этот параметр равен нулю, то есть чистой проводимости. Для исследованных случаев малой мощности это предположение было верным и привело к низкой ошибке; однако для высоких уровней мощности или низкой проводимости фитиля это предположение теряет силу.

3.1. Фитиль LHP

Фитиль — одна из основных частей петлевой тепловой трубы. Для достижения хорошей теплопередачи LHP ожидается фитильная структура с высокой пористостью и проницаемостью и малым радиусом пор.Наиболее часто используемые фитильные конструкции в петлевых тепловых трубках изготавливаются из спеченных металлов, таких как медь, никель, нержавеющая сталь, титан или полимеры (полипропилен, полиэтилен, ПТФЭ) [24, 25, 26].

Reimbrechta et al. использовали метод спекания порошкового крана с использованием графитовой матрицы для изготовления никелевых фитилей для капиллярных насосов [27]. Это показывает, что графит слабо взаимодействует с никелем за счет спекания никелевых порошков при обычных температурах спекания. Комбинация двух различных методов, спекания холодным прессованием и прямого спекания рыхлого типа, была использована Gongming et al.[28], для разработки фитилей из Ni и Ni-Cu (90% никеля и 10% меди) для петлевых тепловых труб. Они обнаружили, что с помощью метода прямого спекания со средним радиусом пор 0,54 мкм можно получить оптимальную структуру фитиля Ni-Cu. Хуанг и Франчи [29] использовали медную сетку экрана и два порошковых материала (никелевый нитевидный порошок и сферический медный порошок) для изготовления бимодальной структуры фитиля. Но он показал, что эти фитили могут быть неисправными. Саманта и др. [30] разработали металлические конструкции с никелевым фитилем для литья под давлением и провели исследование его физических характеристик в зависимости от времени спекания (30, 60 и 90 мин) и температуры (900, 930 и 950 ° C).Gernert et al. [31] разработали тонкопористую фитильную структуру для LPH. Wu et al. [32] обсуждали влияние кривой температуры спекания на структуру фитиля, изготовленную для LHP. Launay et al. в работе [20] к основным параметрам фитильной структуры относят пористость, диаметр пор и проницаемость. Оптимальная пористость спеченного фитиля составляет от 30 до 75%, а оптимальная проницаемость — от 10 -14 до 3 × 10 -13 м 2 . Пористость фитильной структуры уменьшается при повышении температуры спекания или давления формования.Большинство спеченных пористых материалов имеет диаметр пор от 1 до 20 мкм, за исключением меди, диаметр пор которой составляет от 20 до 1000 мкм.

В исх. [33] оптимальным капиллярным фитилем было спекание при 650 ° C в течение 30 мин с использованием метода прямого спекания с 90% никеля и 10% меди. Фитиль достигает пористости 70% и среднего диаметра пор 1,8 мкм. В исх. [10] изготовлены бипористые никелевые фитили. Пористость 77,4% была достигнута методом холодного спекания под давлением при температуре 700 ° C и содержании порообразователя 30% по объему.

4. Эксперименты с петлевыми тепловыми трубками

Следующий эксперимент проводился в рамках научных исследований пористых структур, пригодных для LHP, и определения возможности отвода тепла, создаваемого IGBT. Знания, полученные при охлаждении IGBT компанией LHP, дали нам информацию, необходимую для того, чтобы узнать, какой тепловой поток может отвести LHP от источника тепла. Эта информация будет полезна в будущем при проектировании охлаждающих устройств, работающих с LHP.

4.1. Характеристики спеченных структур

Согласно вышеупомянутому опыту со спеченными конструкциями для LHP, мы решили изготовить фитильные структуры из никелевого и медного порошка.Сначала мы проводим анализ нескольких спеченных структур в зависимости от размера зерна, температуры спекания и времени спекания на пористость, размер пор и прочность. В электропечи спекали эталоны из порошков меди с размерами зерен 50 и 100 мкм и никелевых порошков с размерами зерен 10 и 25 мкм. Порошки меди спекали при температуре 800 и 950 ° C в течение 30 и 90 мин, а порошки никеля спекали при температуре 600 ° C в течение 30 и 90 мин.

4.1.1. Измерение пористости

Пористость фитильной структуры описывает долю пустого пространства в материале, где пустота может содержать рабочую жидкость [34].Для измерения пористости использовался весовой метод. Сначала образец взвешивали в сухом состоянии. Во-вторых, образец пропитывали дистиллированной водой (ρ = 0,998 г · см −3 при 20 ° C). Вес поглощенной воды оценивали по разнице между обоими значениями, а затем вычитали «пустое пространство» (то есть общий объем пор) и пористость.

ε = Mss − MdsVtotal − ρwE14

где ε — пористость фитильной структуры, M ss — масса пористого пропитанного образца, M ds — масса пористого сухого образца, V total — объем пор пористого образец, а ρ w — плотность поглощенной жидкости (воды).

Результаты измерения пористости представлены в таблицах 2–5.

Таблица

907.

Пористость спеченных структур из медного порошка с размером зерна 50 мкм.

Размер зерна (мкм) 50 50 50 50
Температура спекания (° C) 80060 9609 800
Время спекания (мин) 30 90 30 90
Пористость (%) 55 54 52 50

Таблица

.

Пористость спеченных структур из медного порошка с размером зерна 100 мкм.

Размер зерна (мкм) 100 100 100 100
Температура спекания (° C) 800 800 800
Время спекания (мин) 30 90 30 90
Пористость (%) 58 56 55 52
Размер зерна (мкм) 10 10
Температура спекания (° C) 600 600
30609
Пористость (%) 69 67

Таблица 4.

Пористость спеченных структур из никелевого порошка с размером зерна 10 мкм.

Размер зерна (мкм) 25 25
Температура спекания (° C) 600 600
30609
Пористость (%) 72 70

Таблица 5.

Пористость спеченных структур из никелевого порошка с размером зерна 25 мкм.

4.1.2. Микроскопический анализ размера пор

Исследование спеченных эталонов структур с помощью микроскопического анализа показало, как влияют температура и время спекания на размер пор и на отношение размера зерна к размеру поры каждой структуры.Эталоны на рисунках 3–8 были созданы при 100-кратном увеличении пористых структур, спеченных из медного порошка размером 50 и 100 мкм. Рисунки 3 и 6 показывают, что структуры, спеченные при температуре 800 ° C, имеют поры в два раза больше, чем зерна порошка. Сравнение эталонов, спеченных при температурах 800 и 950 ° C, показывает, что эталоны, спеченные при температуре 800 ° C, имеют гораздо больший размер пор, чем при температуре 950 ° C. Это означает, что размеры пор настолько велики, что создают капиллярное действие в структуре.Сравнение эталонов, спеченных при одинаковой температуре и в различные интервалы времени, показало, что время спекания при температуре, ближайшей к температуре плавления спекаемого материала, не имеет решающего значения. Сравнение эталонов при одинаковой температуре спекания и интервале времени показало, что размер зерна спеченного материала влияет на размер пор. Согласно микроскопическому анализу спеченных структур, который уточняет их форму и профиль, можно сделать вывод, что основными факторами, влияющими на размер пор, являются размер зерна, температура спекания и не столько время спекания.

Рисунок 3.

Размер зерна 50 мкм, температура спекания 800 ° C, время спекания 30 мин.

Рисунок 4.

Размер зерна 50 мкм, температура спекания 950 ° C, время спекания 30 мин.

Рисунок 5.

Размер зерна 50 мкм, температура спекания 950 ° C, время спекания 90 мин.

Рисунок 6.

Размер зерна 100 мкм, температура спекания 800 ° C, время спекания 30 мин.

Рисунок 7.

Размер зерна 100 мкм, температура спекания 950 ° C, время спекания 30 мин.

Рисунок 8.

Размер зерна 100 мкм, температура спекания 950 ° C, время спекания 90 мин.

Следующие рисунки 9–12 были созданы с 500-кратным увеличением пористых структур, спеченных из порошка никеля размером 10 и 25 мкм. Сравнение эталонов, спеченных из никелевого порошка, привело к такому же выводу, что и спеченные эталоны из медного порошка. На размер пор образование спеченной структуры влияет не на время спекания, а на размер зерна.

Рисунок 9.

Размер зерна 10 мкм, температура спекания 600 ° C, время спекания 30 мин.

Рис. 10.

Размер зерна 25 мкм, температура спекания 600 ° C, время спекания 30 мин.

Рисунок 11.

Размер зерна 10 мкм, температура спекания 600 ° C, время спекания 90 мин.

Рисунок 12.

Размер зерна 25 мкм, температура спекания 600 ° C, время спекания 90 мин.

4.2. Производство фитильных структур

На основании результатов измерения пористости и микроскопического анализа были выбраны фитильные структуры двух медных эталонов и двух никелевых эталонов LHP.Первая структура была изготовлена ​​из зерна меди размером 50 мкм и спечена при температуре 950 ° C в течение 30 мин (рис. 13). Вторая структура была изготовлена ​​из зерна меди размером 100 мкм и спечена при температуре 950 ° C в течение 30 мин. Третья структура была изготовлена ​​из никелевого зерна размером 10 мкм и спечена при температуре 600 ° C в течение 90 мин (Рисунок 14). Четвертая структура была изготовлена ​​из никеля размером зерна 25 мкм и спечена при температуре 600 ° C в течение 90 мин. Фитильные конструкции были спечены в отправляемой форме (кристаллизаторе) и изготовлены по модели требуемой формы в муфельной печи.

Рис. 13.

Пористые структуры из спеченного фитиля: а — медь, б — никель.

Рисунок 14.

Модель LHP: 1 — компенсационная камера; 2 — резиновое уплотнение; 3 — испаритель; 4 — паропровод; 5 — конденсатор; 6 — заправочный клапан; 7 — жидкостная линия.

4.3. Конструкция петлевой тепловой трубы

Целью экспериментов было определить влияние различных зависимостей, таких как вид конструкции фитиля, тип рабочей жидкости и количество рабочей жидкости на эффективность охлаждения LHP. Поэтому был разработан специальный экспериментальный LHP с алюминиевым блоком, установленным на испарительной части для фиксации биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT).Все части LHP (испаритель, компенсационная камера, парожидкостный трубопровод) были изготовлены из медных труб. В качестве рабочего тела использовались дистиллированная вода и ацетон. Внутри испарителя была вставлена ​​фитильная конструкция, изготовленная путем спекания металлического порошка. Чтобы избежать потерь тепла (это еще называют утечкой тепла) в компенсационную камеру, между испарителем и компенсационной камерой был вставлен латунный фланец с резиновым уплотнением. На рисунке 15 представлена ​​модель конструкции LHP, а основные параметры конструкции LHP приведены в таблице 6.

Рисунок 15.

Схема измерительного блока: 1 — ПК; 2 — регистратор данных; 3 — IGBT; 4 — электроснабжение; 5 — термопара; 6 — термостат.

Наружный / внутренний диаметр (мм)

длина (мм)

9

Испаритель Компенсационная камера
Общая длина (мм) 130 Наружный / внутренний диаметр (мм)

 86 Длина (мм) 110
Внешний / внутренний диаметр (мм) 28/26 Масса заряда
Материал Медь Медь Медь 60%
Седло Паропровод
Размер (длина / высокий / широкий) 118/89/40 Длина (мм)
Материал Глинозем Внешний / внутренний диаметр (мм) 6/4
Спеченный медный порошок L iquid line
Количество канавок для пара 6 Длина (мм) 820
Пористость (%) 52–55 Наружный / внутренний диаметр

 (мм) 6609 4
Внешний / внутренний диаметр (мм) 26/8 Конденсатор
Спеченный никелевый порошок Длина (мм) 420 пар 6 Наружный / внутренний диаметр (мм) 6/4
Пористость (%) 67–70
Наружный / внутренний диаметр (мм) 26/8

Таблица 6.

Основные конструктивные параметры ЛТД.

4.4. Определение эффективности охлаждения тепловой трубы контура

Определение эффективности охлаждения LHP было выполнено на экспериментальном измерительном блоке, который показан на рисунке 15. Фиксированный IGBT на испарителе LHP был нагружен электроэнергией. Тепло, выделяемое IGBT на испарителе LHP, отводилось рабочей жидкостью в конденсатор LHP. Конденсатор ЛТД выполнен в виде трубчатого теплообменника, охлаждающий круг теплообменника регулировался термостатом при постоянной температуре 20 ° C.Суть определения эффективности охлаждения LHP заключается в измерении температуры IGBT с постепенным увеличением нагруженного тепла IGBT с шагом 50 Вт от 100 Вт до тех пор, пока IGBT не достигнет допустимой температуры 100 ° C. Температура IGBT измерялась термопарой, вставленной под IGBT. Для лучшего отвода тепла на соединение между IGBT и алюминиевым блоком и между алюминиевым блоком и испарителем была нанесена теплопроводная паста.

Сначала были проведены измерения влияния количества рабочего тела на эффективность охлаждения ЛТД.Были исследованы четыре количества 40, 50, 60, 80% от общего объема LHP в LHP с рабочей жидкостью вода. На рисунке 16 показано влияние количества рабочей жидкости в зависимости от эффективности охлаждения LHP водой с рабочей жидкостью в зависимости от нагруженного тепла. Видно, что LHP с объемом рабочего тела составляет 60%, а наилучшее рабочее LHP находится в диапазоне 150–350 Вт.

Рисунок 16.

Влияние количества рабочего тела на работу LHP.

Затем было выполнено измерение влияния фитильных структур на способность LHP отводить тепло от IGBT.Измерения проводились на LHP с рабочей жидкостью воды в количестве 60% от общего объема LHP. На рисунке 17 показаны результаты влияния структуры фитиля на эффективность охлаждения LHP в зависимости от нагруженного тепла. Сравнивались две фитильные структуры, изготовленные из порошка Cu с размером зерна 50 мкм и 100 мкм, и две фитильные структуры, изготовленные из порошка Ni с размером зерна 20 мкм и 10 мкм.

Рис. 17.

Влияние структуры фитиля на эффективность охлаждения ЛТД водой с рабочей жидкостью в зависимости от нагруженного тепла.

Сравнивая результаты зависимости температуры от входной мощности IGBT, охлаждаемого LHP, с вариантами структуры спеченного фитиля, LHP со структурой никелевого фитиля не показывает столь хороших свойств отвода тепла, как LHP со структурой медного фитиля. Сравнивая температурные кривые LHP со структурой первого фитиля (из порошка Cu 50 мкм) и LHP со структурой второго фитиля (из порошка Cu 100 мкм), видно, что оба LHP имеют почти одинаковые результаты при тепловой нагрузке более до 200 Вт.При более высокой входной мощности, чем 200 Вт, загруженной на IGBT, видно, что LHP с первой структурой не отводил тепло от IGBT, а температура IGBT превышала 100 ° C. LHP со второй структурой фитиля может охлаждать IGBT при температуре 100 ° C до входной мощности IGBT 450 Вт. Сравнение температурных кривых LHP со структурой третьего фитиля (изготовленный из порошка Ni 10 мкм) и LHP со структурой четвертого фитиля (изготовленный из порошка Ni 20 мкм) видно, что температура IGBT, охлаждаемого LHP с третьей структурой, быстро возрастает уже при входной мощности 150 Вт.LHP с четвертой фитильной структурой может охлаждать IGBT при температуре 100 ° C до входной мощности IGBT 250 Вт.

В-третьих, измерение воздействия рабочей жидкости в LHP с фитильной структурой из порошка Cu 100 мкм и 50 мкм и количеством Выполнено 60% общего объема LHP с возможностью отвода тепла от IGBT. На рисунке 18 показан результат влияния рабочего тела на эффективность охлаждения ЛТД в зависимости от нагруженного тепла. Этот эксперимент показывает, что LHP с рабочей жидкостью ацетон лучше отводит тепло от IGBT при более низкой тепловой нагрузке в диапазоне 100–300 Вт.При более высоких тепловых нагрузках лучше работает ЛТД с рабочей жидкостью вода.

Рис. 18.

Влияние рабочей жидкости на эффективность охлаждения LHP с фитильной структурой из порошка меди 100 мкм и 50 мкм в зависимости от нагруженного тепла. №

5. Эксперименты с тепловыми трубками

Следующие эксперименты проводились в рамках научных исследований фитильных тепловых труб с пористым покрытием, в которых исследуется способность теплопередачи в зависимости от структуры фитиля и рабочего тела. Популярность тепловых трубок с пористым фитилем и отсутствие экспериментов с ними стали причиной проведения эксперимента, посвященного тепловым трубам со спеченными фитильными конструкциями из медных порошков.В этом разделе описывается процесс изготовления фитильных тепловых трубок, экспериментальное измерение теплопередающей способности тепловой трубки и математический расчет ограничения теплопередачи тепловых труб.

5.1. Процессы производства тепловых труб

Основными требованиями к производству тепловых трубок являются высокая чистота материала отдельных деталей и рабочего тела, а также их взаимная совместимость.

Основа конструкции тепловой трубы — это тело трубы и рабочая жидкость.Производство тепловой трубы в первую очередь заключается в выборе подходящего материала трубы и рабочей жидкости. Рабочая жидкость выбирается в соответствии с температурными условиями, в которых будет использоваться тепловая труба, поскольку тепловой поток, передаваемый тепловой трубкой, зависит от материала трубы, рабочей жидкости и их взаимной совместимости. Важной частью фитильной тепловой трубы является фитильная структура, которая также оказывает большое влияние на количество передаваемого теплового потока.

Основными компонентами тепловой трубы являются:

  • Тело трубы (контейнер)

  • Рабочая жидкость

  • Фитильная структура

  • Торцевые заглушки

  • Напорная труба

Тепловая труба Корпус может иметь любое поперечное сечение, например круглое или квадратное, может включать монтажные фланцы для облегчения сборки и может быть изогнут в различные формы.Структура фитиля может быть образована канавками, выдавленными в теле трубы, или сеткой с мелкими ячейками, пористым материалом и артерией, вставленными в тело тепловой трубы [35]. На рисунке 19 показана схема конструкции фитильной тепловой трубы.

Рисунок 19.

Схема конструкции фитильной тепловой трубы.

Самая распространенная форма тепловой трубы — цилиндрическая, потому что помимо легкодоступного продукта (широкий ассортимент материалов и размер поперечного сечения трубы) она дает определенные преимущества также с точки зрения прочности и термомеханических параметров.Преимущество производства тепловой трубы цилиндрической формы заключается в простоте обращения с цилиндрическим материалом. На практике также используются тепловые трубы с плоским прямоугольным, треугольным или другим сечением. Наиболее распространенные тепловые трубки изготавливаются с внутренним диаметром 8–25 мм и внутренним диаметром 2–5 мм — так называемые микротепловые трубки. Процесс производства тепловой трубы можно разделить на несколько подпроцессов, включающих механическую и химическую обработку материалов.

Технологический процесс цикла изготовления тепловых труб:

  • Изготовление корпусов и заглушек.

  • Изготовление фитилей.

  • Очистка компонентов.

  • Закрытие торцевых заглушек герметичными соединениями (сварка, пайка).

  • Механическая проверка прочности и герметичности корпуса.

  • Вакуумирование внутреннего пространства и заполнение рабочей жидкостью.

  • Герметизация наливной трубы (сварка, пайка).

Перед изготовлением тепловых трубок необходимо тщательно очистить все компоненты тепловой трубки, чтобы избежать нежелательного воздействия, которое в конечном итоге может повлиять на снижение способности теплопередачи.В процессе очистки сначала вручную удаляются механические загрязнения и ржавчина с корпуса трубы, а затем следует химическая очистка корпуса, конструкции фитиля, торцевых крышек и наливной трубы [36].

5.1.1. Механическая часть производства тепловой трубы

В механической части производства сначала подготавливаются отдельные компоненты тепловой трубы: корпус, наполняющая труба, конструкция фитиля и торцевые крышки. Затем все компоненты соединяются сваркой или пайкой.В случае изготовления фитильных тепловых труб, фитильная конструкция помещается во внутреннее пространство корпуса перед закрытием тепловой трубки. Замыкание тепловой трубки — это соединение корпуса с торцевыми заглушками. На рисунке 20 показаны стандартные типы закрытия тепловой трубы торцевыми заглушками. Наливная труба соединяется с одной из торцевых крышек за счет вакуумирования внутреннего пространства. После вакуумирования тепловая трубка заполняется рабочей жидкостью, заливная трубка прижимается, а после отключения от вакуумного насоса наливная трубка запаивается пайкой.

Рисунок 20.

Типы закрытия тепловой трубы торцевыми заглушками.

5.1.2. Химическая часть производства тепловой трубы

В химической части производства сначала удаляются механические примеси и ржавчина с корпуса тепловой трубы. Затем следует влажная очистка компонентов тепловой трубы, включая очистку растворами, кислотами и щелочными кислотами, которые точно определены для каждого типа материала. Ультразвуковая очистка, вакуумирование, дегазация и пассивация — это процессы, которые гарантируют высокую чистоту материала тепловых трубок и, таким образом, способствуют длительной безотказной работе.Как правило, очистка позволяет достичь двух важных целей. Первая цель — обеспечить хорошее смачивание материала тепловой трубки при работе. Вторая цель — удалить все частицы грязи, потому что присутствие примесей в твердой, жидкой или газообразной форме может отрицательно сказаться на способности теплопередачи тепловой трубы. Мелкие частицы могут препятствовать образованию капиллярного давления в структуре фитиля. Смазка для машинной обработки или смазка для рук может снизить смачиваемость фитиля. Оксиды, образующиеся на стенках фитильной конструкции, также могут снижать способность рабочей жидкости смачивать поверхность.Также настоятельно рекомендуется использовать ультразвуковой очиститель для очистки материала тепловых трубок, так как ультразвук разрушает загрязнения, прочно абсорбированные на поверхности металлических частиц, которые невозможно удалить никаким другим способом. Очистка тепловой трубки повторяется непосредственно перед заливкой рабочей жидкостью, после соединения корпуса с торцевыми заглушками и наливной трубкой. После очистки трубка дегазируется путем нагрева до более высокой температуры и вакуумирования салона. В случае фитильной тепловой трубы необходимо удалить оксидные слои с фитильной конструкции путем химической очистки (например,г., растворители).

5.1.3. Заполнение тепловой трубки рабочей жидкостью

Рабочая жидкость, добавляемая в тепловую трубку, должна быть полностью чистой, свободной от всех механических примесей и газов, поскольку их следовые остатки также могут вступать в реакцию с материалом корпуса тепловой трубки и образовывать нежелательные элементы. Чистые вещества без проблем можно приобрести в специальных магазинах химии. Однако даже в чистых жидкостях и твердых телах может присутствовать несжимаемый газ. Эти газы можно удалить, повторяя циклы замораживания и оттаивания.Рабочая жидкость в бутыли может замерзнуть жидким азотом или сухим льдом.

Заливка каждого типа рабочей жидкости происходит при других условиях. Характеристика процесса розлива зависит от состояния рабочей жидкости при температуре окружающей среды. Если рабочая жидкость находится в газообразном состоянии (криогенном) комнатной температуры, заправка может производиться через газовый баллон высокого качества. Процесс заполнения и закрытия жидкометаллических тепловых трубок целесообразно производить в вакуумной камере [37].

Заполнение низкотемпературных тепловых трубок может производиться при комнатной температуре без использования какой-либо защитной атмосферы. Перед заполнением тепловой трубки рекомендуется отсосать из нее воздух, чтобы обеспечить удаление нежелательных компонентов, содержащихся в материалах, которые впоследствии могут быть показаны как неконденсирующиеся компоненты. Кроме того, под давлением рабочая жидкость естественным образом попадает в тепловую трубу, и таким образом достигается состояние равновесия чистой паровой и жидкой фаз при более низком давлении, чем атмосферное [38].

5.2. Производство тепловых труб

Несмотря на то, что изготовление пористой фитильной структуры наиболее сложно из всех типов фитильных структур, это одна из трех наиболее часто используемых фитильных структур в тепловой трубке, поскольку она способна создавать большое капиллярное давление, которое позволяет тепловая трубка для передачи высокого теплового потока в антигравитационном положении. Один из методов создания пористой фитильной структуры заключается в спекании медного порошка, равномерно насыпанного вокруг соосно центрированной стальной оправки, расположенной внутри медной трубы, при температуре, близкой к плавлению порошкового материала в высокотемпературной электропечи.Путем спекания медных порошков можно получить фитильную структуру с высокой теплопроводностью, высокой пористостью фитиля, малым радиусом капилляра и высокой проницаемостью фитиля, которые являются основными характеристиками фитильной структуры для обеспечения подачи конденсированной жидкости в испаритель. Высокая теплопроводность меди гарантирует, что фитильная структура не будет иметь высокого термического сопротивления, что также является одним из ожидаемых свойств фитильной структуры. Формирование подходящей пористой структуры путем спекания металлического порошка зависит, помимо температуры спекания, как от времени спекания, так и от размера зерен порошка.Для получения пористой структуры спекания используются медные порошки с размером частиц 30–100 мкм или медные волокна длиной 2–3 мм и диаметром 20–100 мкм.

Самая важная часть тепловой трубы — это фитильная конструкция. Этот эксперимент относится к тепловым трубкам со структурой спеченного фитиля, изготовленным из медного порошка с зернистостью 100, 63 и 35 мкм путем спекания в высокотермической электрической печи с использованием порошковой металлургии. Путем спекания медного порошка на внутренней стенке контейнера с тепловой трубкой: 1.Созданы фитильные конструкции толщиной 5 мм. Процесс спекания фитильной структуры составлял ок. при температуре 1000 ° С и времени 30 мин. Учитывая, что размер пор фитильной структуры зависит от размера зерен медного порошка, спекание медного порошка с различным размером зерна создает фитильную структуру с различным размером пор. Общая длина тепловых трубок 0,5 м.

На рисунке 21 показаны медные порошки, а на рисунке 22 — изготовленная пористая структура фитиля.

Рисунок 21.

Порошки меди (35, 63 и 100 мкм).

Рис. 22.

Спеченные пористые фитильные структуры.

Другая важная часть конструкции тепловой трубы зависит от факторов, связанных со свойствами рабочей жидкости. Рабочая жидкость должна иметь хорошую термическую стабильность по отношению к определенной рабочей температуре и давлению. Наиболее важными требованиями, которые должна иметь рабочая жидкость, являются следующие: совместимость с капиллярной системой и материалом трубы, высокая термическая стабильность, высокая степень нагрева, высокая теплопроводность, низкая вязкость жидкой и паровой фазы, высокая поверхностное натяжение и допустимая температура замерзания.Для этого эксперимента в качестве рабочей жидкости были выбраны вода и этанол.

Количество рабочей жидкости в тепловых трубках — другая алхимия производства тепловых трубок. Есть несколько рекомендаций по количеству рабочей жидкости в тепловой трубке. Недостаток рабочей жидкости может привести к высыханию испарительной части тепловой трубы. Избыток рабочей жидкости может привести к закупорке конденсирующей части тепловой трубы. Одна из рекомендаций относительно количества рабочей жидкости в тепловой трубе заключается в том, что рабочая жидкость должна заполнять не менее 50% испарительной части тепловой трубы.В целом количество рабочего тела определяется в пределах 15–30% от общего объема тепловых трубок [35]. В этом эксперименте тепловые трубы были заполнены рабочей жидкостью на 20% от общего объема тепловых трубок.

И, наконец, процесс вакуумирования, заполнения и закрытия тепловой трубки — другая важная часть производства тепловых трубок. Есть несколько методов, как выполнить этот процесс. Каждый из этих методов имеет точный план процессов хранения и вакуумирования. На рисунке 23 показана схема процесса заполнения и вакуумирования, используемого при производстве тепловых трубок.Через соединительную капиллярную трубку шприцем в трубу вводилась рабочая жидкость. Контейнер с тепловой трубкой с рабочей жидкостью был подключен к вакуумной системе и с помощью вакуумного насоса отсасывался воздух из контейнера с тепловой трубой. Перед подключением трубы к вакуумной системе рабочая жидкость охлаждалась путем погружения трубы в охлаждающую среду, так как во время вакуумирования трубы происходит падение давления, которое может вызвать испарение рабочей жидкости. В качестве охлаждающей среды можно использовать сухой лед или жидкий азот.После вакуумирования подсоединенную капиллярную трубку сжимали, отсоединяли от системы вакуумирования и припаивали свободный конец.

Рисунок 23.

Схема процесса заполнения и вакуумирования тепловых трубок.

5.3. Способность теплопередачи тепловой трубы

Основная цель экспериментов — определение влияния пористой структуры фитиля на величину тепловых характеристик, передаваемых тепловой трубкой. Для определения количества тепловых характеристик, передаваемых тепловой трубой, был предложен измерительный блок, состоящий из измерительного прибора (термостат, регистратор данных, ультразвуковой расходомер, источник питания), показанного на рисунке 24.Испарительная секция тепловой трубы электрически нагревалась путем подключения к лабораторному источнику питания. Конденсационная секция тепловой трубы помещается в теплообменник, где переданное тепло от испарителя рассеивается. Тепло, передаваемое тепловой трубкой, оценивается калориметрическим методом, исходя из калориметрического уравнения, где в теплообменнике протекают известные массовый расход, удельная теплоемкость, температура охлаждающей среды на входе и выходе.

Рисунок 24.

Схема измерительного блока.

Q = m..c.ΔtE15

Δt = t2 − t1E16

где Δt [° C] — перепад температур, t 1 [° C] — температура на входе, t 2 [° C] — температура на выходе, ṁ [Дж кг −1 K −1 ] — массовый расход жидкости и c [Дж кг · с −1 ] — удельные теплоемкости жидкости.

На рисунке 25 показаны результаты экспериментального определения влияния пористой фитильной структуры и рабочей жидкости на теплопередающую способность тепловой трубы в горизонтальном положении и источнике тепла 80 ° C.Видно, что тепловая труба с рабочей жидкостью вода способна передавать самые высокие тепловые характеристики в диапазоне 150–200 Вт. Лучшая рабочая фитильная структура в водяной тепловой трубке — это пористая фитильная структура, изготовленная из порошка меди с размером зерна 63 мкм. С другой стороны, пористая структура фитиля из порошка меди с размером зерна 35 мкм лучше подходит для тепловых трубок с рабочими жидкостями, такими как ацетон и этанол, которые способны передавать тепловые характеристики около 120 Вт. Эксперимент не показал лучших результатов. одна пористая фитильная структура для выбранных рабочих жидкостей, поскольку каждая пористая структура имеет разную пористость и размер пор, которые зависят от производственного процесса, и каждая рабочая жидкость имеет разные физические свойства.Не существовало только одной лучшей тепловой трубки с лучшей фитильной структурой или лучшей рабочей жидкостью, потому что каждая тепловая трубка с различным сочетанием пористой структуры и рабочей жидкости уникальна из-за своих различных свойств.

Рис. 25.

Влияние структуры фитиля на способность теплопередачи тепловой трубы при источнике тепла 80 ° C.

На рисунке 26 показано влияние рабочего положения на способность теплопередачи фитильной тепловой трубы с различными пористыми фитильными структурами.Рабочее положение тепловой трубки можно разделить на три зоны. Зона положительного гравитационного воздействия представлена ​​углом наклона от вертикального положения 0–75 °, зона действия невесомости (горизонтальное положение) представлена ​​углом наклона от вертикального положения 90 °, а зона отрицательного гравитационного воздействия представлена ​​углом наклона от вертикального положения. вертикальное положение 105–180 °. Видно, что вся фитильная тепловая трубка имеет хорошую способность теплопередачи во всех зонах. Лучшей работающей фитильной тепловой трубкой в ​​зоне действия положительного и невесомого воздействия является тепловая трубка с фитильной структурой, изготовленной из медного порошка 63 мкм.Лучшая рабочая тепловая трубка в зоне отрицательного гравитационного воздействия — это фитильная тепловая трубка с фитильной структурой из медного порошка 100 мкм.

Рисунок 26.

Зависимость тепловых характеристик от рабочего положения фитильных тепловых трубок с различными фитильными конструкциями.

5.4. Расчет ограничения теплопередачи тепловой трубы

Поток в шляпе, передаваемый через тепловую трубу, в основном зависит от разницы температур и соответствующих тепловых сопротивлений. На реальную передаваемую теплоту влияют гидродинамические и тепловые процессы, происходящие в тепловой трубе при различных условиях эксплуатации.Тепловой поток, передаваемый тепловой трубкой, может достигать предельных значений, которые зависят от этих процессов. Существует пять известных ограничений, которые ограничивают общую теплопередачу в различных частях тепловой трубы в зависимости от рабочей температуры. На рисунке 27 показана идеальная модель всех ограничений теплопередачи, которые определяют область максимального теплового потока, передаваемого тепловой трубой, в зависимости от рабочей температуры [4].

Рис. 27.

Ограничения теплопередачи тепловой трубы с водяным фитилем со структурой из спеченного фитиля (внутренний диаметр тепловой трубы 20 мм, общая длина 2 м, осевая ориентация 90 °, диаметр сферы из медного порошка 0.85 мм, пористость 0,55, ширина фитильной структуры 6 мм).

Математическая модель состоит из расчета ограничений теплопередачи тепловой трубы. Ограничения теплопередачи тепловой трубы зависят от рабочей жидкости, конструкции фитиля, размеров тепловой трубы и рабочей температуры тепловой трубы. Каждое ограничение теплопередачи выражает часть общего теплового потока тепловой трубы, на которую влияют гидродинамические и тепловые процессы, происходящие в тепловой трубе. Каждое из ограничений существует по отдельности, и вместе они не влияют на себя.Для разработки математической модели для расчета теплового потока, передаваемого тепловой трубкой, необходимо знать основные и производные параметры тепловой трубы и ее фитильную структуру, а также физические свойства жидкой и паровой фазы рабочего тела.

5.4.1. Капиллярное ограничение

Капиллярное ограничение включает ограничение, которое влияет на работу фитильной тепловой трубы, которое возникает из-за капиллярного давления, действующего на конденсированную рабочую жидкость в капиллярной структуре. При контакте жидкости с поверхностью фитильной конструкции создается капиллярное давление.Это заставляет жидкую фазу рабочего тела течь из конденсатора в испаритель. Уменьшение пор в капиллярной структуре увеличивает капиллярное давление, а также гидравлическое сопротивление. Капиллярный предел возникает, когда капиллярные силы на границе раздела жидкой и паровой фаз в секции испарителя и конденсатора тепловой трубы недостаточно велики, чтобы преодолеть потери давления, вызванные трением. Если капиллярное давление в тепловой трубе во время работы оказывается недостаточным для обеспечения необходимого потока конденсата из конденсатора в испаритель, капиллярная структура в испарителе осушается и, таким образом, дальнейшее испарение рабочего вещества прекращается.В общем случае капиллярный предел — это основной предел, который влияет на характеристики тепловой трубы и выражается соотношением [39].

E17

где A w — площадь поперечного сечения фитиля (м 2 ), K — проницаемость фитиля (м 2 ), μ l — вязкость жидкости (Н · с / м 2 ), ρ l — плотность жидкости (кг / м 3 ), g — ускорение свободного падения (9,8 м / с 2 ), r eff — радиус капилляра фитиля в испарителе (м), а l t — общая длина трубы (м) [7].

Кроме того, если тепловая труба функционирует должным образом, максимальное капиллярное давление должно быть больше, чем общая потеря давления в тепловой трубке, и это выражается соотношением

ΔPcmax≥ΔPtotE18

Максимальное капиллярное давление ΔP c , развитая в фитильной структуре тепловой трубы, определяется уравнением Лапласа-Юнга.

E19

где r eff — эффективный радиус пор фитильной структуры, а θ — угол смачивания жидкой фазы рабочей жидкости в фитильной структуре, где θ = 0 ° — наилучший краевой угол смачивания [4] .

5.4.2. Ограничение вязкости

Когда тепловая трубка работает при низких рабочих температурах, давление насыщенного пара может быть очень маленьким и иметь тот же диапазон, что и требуемый перепад давления, необходимый для прохождения пара от испарителя к конденсатору тепловой трубки. Это приводит к условию, выраженному пределом вязкости относительно баланса давления пара и сил вязкости в капиллярной структуре в низкоскоростном потоке пара. Наиболее частые случаи выхода за границу предела вязкости возникают, когда тепловая труба работает при температуре, близкой к температуре застывания рабочей жидкости.При этом испарения рабочего тела в испарителе и передачи тепла в виде потока пара через адиабатический участок в конденсатор тепловой трубы не происходило. Предполагается, что пар представляет собой изотермический идеальный газ, давление водяного пара на конце конденсатора равно нулю, что обеспечивает абсолютный предел давления в конденсаторе. Предел вязкости называется условием течения паровой фазы при низкой скорости и выражается соотношением

E20

, где l v — скрытая теплота парообразования (Дж / кг), r v — это радиус поперечного сечения парового ядра (м), l eff — эффективная длина тепловой трубы (м), μ v — вязкость пара в испарителе (Н · с / м 2 ), P v (Па) — давление пара, а ρ v (кг / м 3 ) — плотность на конце испарителя с тепловой трубкой [4].

В случаях, когда предел вязкости достигается для многих условий, давление в конденсаторе не может быть нулевым. Затем применяется следующее выражение:

E21

где P v, c — давление пара в конденсаторе [40].

5.4.3. Звуковое ограничение

Звуковое ограничение характеризует состояние, в котором скорость потока испаренного пара на выходе из испарителя достигает скорости звука. Как правило, это явление происходит в начале работы тепловой трубы при низком давлении пара рабочего тела.Предполагая, что пар рабочей жидкости является идеальным газом и поток пара со скоростью звука по всему поперечному сечению тепловой трубы является однородным, звуковой предел определяется соотношением (22). Звуковой предел не зависит от ориентации тепловой трубы и типа тепловой трубы, и та же формула применяется для гравитационной и фитильной тепловой трубы. Самым сложным при определении звукового предела является определение величин плотности пара и давления на входе в конденсатор [41].

E22

где ρ v (кг / м 3 ) — плотность пара, P v (Па) — давление на конце испарителя с тепловой трубкой, а A v — поперечное сечение площадь парового ядра ( 2 м).

Звуковой предел в основном связан с запуском жидкометаллической тепловой трубы или низкотемпературной работой тепловой трубы из-за очень низкой плотности пара, которая возникает в этих случаях. Для низких или криогенных температур звуковой предел не является типичным фактором, за исключением тепловых труб с очень маленьким диаметром паровых каналов.Звуковое ограничение называется верхним пределом осевой теплопередачи и не обязательно приводит к высыханию фитильной конструкции в испарителе с тепловой трубкой или к полному отказу тепловой трубы [4].

5.4.4. Ограничение захвата

Увеличение теплового потока, передаваемого тепловой трубкой, также увеличивает скорость потока пара в рабочей жидкости, что приводит к более выраженному взаимодействию паровой и жидкой фаз внутри тепловой трубки. Межфазная поверхность становится нестабильной, и сила вязкости на поверхности жидкости преодолевает силы поверхностного натяжения.Сначала на поверхности жидкой фазы создаются волны, с которых постепенно отрываются капли. При определенной скорости потока пара происходит прерывание потока жидкости в испарительную секцию. Конденсаторная секция тепловой трубы переполнена паровой и жидкой фазой, а испаритель перегревается из-за нехватки рабочей жидкости. Предельное значение теплового потока, когда конденсатор тепловой трубы переполнен паром и жидкостью, соответствует пределу взаимодействия [42]. Ограничение уноса фитильной тепловой трубы связано с состоянием, когда пар течет против потока жидкости в фитильной конструкции, что может привести к недостаточному потоку жидкости в фитильной конструкции [43].Ограничение уноса фитильной тепловой трубы выражается соотношением:

E23

, где r c, ave — средний радиус капилляра фитильной структуры, и во многих случаях он приближается к r eff и σ l — поверхностное натяжение жидкости (Н / м) [4].

5.4.5. Ограничение кипения

При нагревании поверхности стенки тепловой трубы слоем жидкости на границе насыщения могут возникнуть три основных режима теплопередачи.При небольшом перепаде температур нагреваемой поверхности и межфазной поверхности жидкости происходит естественная конвекция и испарение с поверхности жидкости. При увеличении перепада температур происходит пузырьковое кипение и постепенный переход в пленочное кипение. В тепловой трубе происходит поверхностное испарение при низких плотностях теплового потока и пузырьковое кипение при более высоких плотностях. Хотя интенсивность теплопередачи является наибольшей при пузырьковом кипении, для большинства типов фитильных тепловых труб пузырьковое кипение нежелательно, поскольку оно препятствует впитыванию жидкости в структуру фитиля.С другой стороны, в тепловой трубе с рифленой капиллярной структурой предпочтительна гравитационная тепловая труба с пузырьковым кипением [44]. Тепловой поток, при котором пузырьковое кипение происходит в фитильных тепловых трубках, а пленочное кипение происходит в гравитационной тепловой трубке, называется пределом кипения. Гравитационная тепловая трубка выражается соотношением [45]:

Qb = 0,16.Av.lvσl.g.ρv2ρl − ρv4E24

Определение предела кипения фитильной тепловой трубки проблематично, потому что это зависит от ряд технологических и эксплуатационных режимов.Наиболее надежное определение предела кипения — экспериментальное определение для конкретной конструкции фитиля и рабочего тела. Приблизительное определение ограничения кипения фитильной тепловой трубы выражается соотношением [46]

E25

, где λ eff — эффективная теплопроводность фитильной конструкции, которая складывается из теплопроводности фитиля и теплопроводности рабочей жидкости. проводимость (Вт / м · К), T v — температура паронасыщения (K), r v — радиус парового ядра, r i — радиус внутреннего контейнера (м), а r n — радиус зарождения пузырька в диапазоне от 0.От 1 до 25,0 мкм для обычных металлических контейнеров с тепловыми трубками [4].

5.4.6. Параметры тепловой трубы

Для расчета ограничений теплопередачи тепловой трубы необходимо знать теплофизические свойства рабочей жидкости в тепловой трубе, основные параметры тепловой трубы, теплопроводность материала тепловой трубы, рабочую температуру тепловой трубы, осевую ориентацию тепловой трубы. , и другие параметры тепловой трубы, рассчитанные на основе основных параметров тепловой трубы.

lt = le + lad + lcE26

leff = 0.5le + lc + ladE27

Av = πrv2E28

Aw = πri2 − ri − h3E29

где l t — общая длина тепловой трубы [м], l e — длина испарения тепловой трубы [м], l ad адиабатическая длина тепловой трубы [м], l c — длина конденсации тепловой трубы [м], l eff — эффективная длина тепловой трубы [м], A v — площадь поперечного сечения паровой сердцевины [m 2 ], A w — площадь поперечного сечения фитиля [м 2 ], r v — радиус поперечного сечения паровой сердцевины [м], r i — внутренний радиус контейнера [м], h — ширина фитильной конструкции [м].

Другими параметрами, необходимыми для расчета ограничений теплопередачи тепловых труб, являются основные параметры структуры спеченного фитиля и другие параметры, рассчитанные на основе основных параметров структуры фитиля.

reff = 0,21 · dsE30

K = d2.ε3150.1 − ε2E31

λeff = λl2.λl + λm − 2.1 − ε.λl − λm2.λl + λm + 1 − ε.λl − λmE32

где K — проницаемость [м 2 ], d — диаметр сферы [м], ε — пористость [-], r eff — эффективный радиус фитильной структуры [м], λ eff — эффективная теплопроводность, λ l — теплопроводность рабочей жидкости, λ м — теплопроводность материала фитиля [47].

5.5. Верификация математической модели

Математическая модель создана в соответствии с приведенными выше уравнениями ограничений и параметрами входной тепловой трубы. Результатом математической модели являются графические зависимости ограничений теплопередачи от рабочей температуры тепловой трубы. Результаты математической модели ограничений теплопереноса для конкретных типов тепловых труб были сопоставлены с результатами измерения характеристик тепловых труб при температурах 50 ° C и 70 ° C. На рисунке 28 представлены графические результаты сравнения ограничений теплопередачи, определяющих общую производительность тепловой трубы на основе математической модели, с измеренными характеристиками тепловой трубы с фитилем этанола со структурой спеченного фитиля и диаметром сферы из медного порошка 0.Показаны 1 мм. Пунктирная линия обозначает границу производительности тепловой трубы за счет капиллярного ограничения, а пунктирная линия — ограничение кипения. Полная линия представляет собой результаты измерений тепловых характеристик тепловых трубок при температуре 50 ° C и 70 ° C. Рисунок 29 подтверждает верификацию математической модели, на которой видно, что измеренные значения передаваемого теплового потока тепловой трубкой со структурой спеченного фитиля при температурах 50 ° C и 70 ° C находятся примерно в той же области, что и расчетные значения капиллярное ограничение математической моделью.На рисунках 28 и 29 видно, что пунктирная линия и полная линия находятся примерно в одной и той же области при температурах 50 ° C и 70 ° C.

Рис. 28.

Верификация математической модели путем измерения характеристик тепловой трубы (тепловая трубка с фитилем этанола со структурой спеченного фитиля и диаметром сферы из медного порошка 0,1 мм и осевой ориентацией тепловой трубки ψ 180 °).

Рисунок 29.

Проверка математической модели путем измерения характеристик тепловой трубы (водяная фитильная тепловая труба со структурой спеченного фитиля и диаметром сферы из медного порошка 0.63 мм осевая ориентация тепловой трубы ψ 180 °).

5.6. Результаты математической модели

Результатами расчета тепловой трубы являются некоторые интересные графики максимального теплового потока, передаваемого тепловой трубкой, в зависимости от параметров конструкции фитиля. Его можно использовать при оптимизации конструкции фитиля тепловой трубы. Кривые представляют область максимального теплового потока, передаваемого тепловой трубкой, в зависимости от рабочей температуры.

Следующие графические зависимости характеристик тепловой трубы созданы на основе математической модели фитильной тепловой трубы с этаноловым фитилем со структурой спеченного фитиля и различной пористостью, диаметром сферы медного порошка и шириной структуры фитиля.На рисунке 30 показано влияние пористости на характеристики тепловой трубы. Пористость фитильной структуры может быть изменена путем добавления некоторых добавок в спеченную технологию. Отчетливо виден рост производительности тепловых трубок с увеличением пористости фитильной структуры. Тепловая труба с более высокой проницаемостью фитильной конструкции может передавать больший тепловой поток. Но с увеличением проницаемости фитильной конструкции может происходить увлечение потока жидкости в испаритель потоком пара. Это может вызвать высыхание испарительной секции тепловой трубы и снизить общую производительность тепловой трубы.

Рис. 30.

Зависимость рабочих характеристик тепловой трубы от пористости фитильной конструкции тепловой трубы из спеченного фитиля.

На рисунке 31 показано влияние медного порошка диаметром шарика на структуру спеченного фитиля. Использование медного порошка большего диаметра для спекания позволяет создать фитильную структуру с более высокой пористостью. Можно сказать, что увеличение пористости прямо пропорционально размеру сферы медного порошка, и для создания фитильных структур с большей пористостью добавление добавок к технологии спекания не требуется.В этом случае наблюдается увеличение производительности тепловых трубок при использовании большего размера сферы из медного порошка.

Рис. 31.

Зависимость характеристик тепловой трубы от диаметра сферы медного порошка в спеченной фитильной тепловой трубе.

На Рисунке 32 показано влияние ширины структуры фитиля на характеристики тепловой трубы. Ширина конструкции фитиля является важным фактором, влияющим на характеристики тепловой трубы. Видно, что характеристики тепловой трубы возрастают с увеличением толщины структуры фитиля в диапазоне рабочих температур от -30 до 60 ° C.Капиллярное ограничение является основным ограничением для этой области. С другой стороны, увеличение толщины фитильной структуры снижает производительность тепловой трубы в диапазоне рабочих температур 80–130 ° C. Это может быть вызвано зарождением пузырьков в структуре фитиля, когда возвращающаяся жидкость из секции конденсатора в секцию испарителя тепловой трубы испаряется. В этом случае главное ограничение — ограничение кипения.

Рис. 32.

Зависимость характеристик тепловой трубы от ширины фитильной конструкции тепловой трубы из спеченного фитиля.

6. Заключение

Эксперименты, проведенные с тепловыми трубками в данной работе, позволяют сделать несколько выводов о влиянии пористых фитильных структур на их теплопередающую способность, при этом пористость и размер пор играют основную роль. Экспериментальное влияние технологии изготовления на пористость фитильной структуры показывает, что время спекания и температура металлических порошков не влияют на пористость фитильной структуры. Другой вывод о влиянии технологии производства на пористую структуру фитиля при спекании металлических порошков заключается в том, что основными факторами, влияющими на размер пор фитильной структуры, являются размер зерен, температура спекания и не столько время спекания.

Эксперименты по влиянию количества рабочего тела, вида фитильной структуры и рабочего тела на теплопередающую способность петлевой тепловой трубы показывают, что оптимальное количество рабочего тела в LHP находится в диапазоне 50-60%. Принимая во внимание влияние фитильной структуры на работу LHP, можно сделать вывод, что пористость и размер пор фитильной структуры влияют на способность теплопередачи, когда LHP с пористой структурой с пористостью 50% лучше влияет на отвод тепла от IGBT, чем 70%, и LHP с пористой структурой с большим размером пор лучше влияет на отвод тепла от IGBT, чем с меньшим размером пор.Как правило, самый маленький размер пор может вызвать низкое капиллярное давление в структурах из спеченного фитиля по сравнению с общим давлением во всей системе LHP. Экспериментальное влияние рабочего тела на теплопередачу ЛТД показывает, что ЛТД с рабочей жидкостью ацетон лучше отводит тепло от БТИЗ при меньшей тепловой нагрузке в диапазоне 100–300 Вт, а НТД с рабочей жидкостью водой лучше работает при более высоких тепловых нагрузках LHP до 450 Вт.

Эксперименты по влиянию фитильной структуры и рабочего тела на теплопередающую способность тепловой трубы не показали наилучшего сочетания пористой фитильной структуры и рабочего тела.Этот эксперимент показывает, что тепловые трубки с пористой фитильной структурой способны передавать тепло в диапазоне 100–200 Вт в горизонтальном положении. Это зависит от параметров конструкции фитиля и типа рабочей жидкости, потому что каждая тепловая трубка с различным сочетанием этих факторов уникальна благодаря своим различным свойствам.

Математический расчет ограничений теплопередачи тепловой трубы показывает, что критическими ограничениями, влияющими на способность теплопередачи фитильной тепловой трубы, являются ограничение уноса, капиллярное ограничение и ограничение кипения.Эти ограничения зависят от теплофизических свойств, параметров фитиля и тепловой трубы. Теплофизические свойства каждого рабочего тела стабильны в температурном диапазоне и не могут изменяться. Изменение размеров фитильной конструкции позволяет оптимизировать общий тепловой поток, передаваемый тепловой трубкой, поскольку капиллярное давление, создаваемое в фитильной конструкции, в основном зависит от проницаемости фитильной конструкции. При проектировании фитильной конструкции необходимо соблюдать осторожность, поскольку увеличение размера пор увеличивает проницаемость, но снижает капиллярное давление, которое управляет циркуляцией рабочей жидкости в тепловой трубе.Следовательно, капиллярное ограничение является основным ограничением теплопередачи в фитильной тепловой трубке.

KPT Трубы | Производство и поставщики фитингов из полипропилена в Индии

Фитинги PPR эффективно используются в современной сантехнике. От систем горячего или холодного водоснабжения в жилых комплексах, офисах, кампусах, отелях и т. Д., Для сбора дождевой воды, в сельскохозяйственных целях и для транспортировки агрессивных жидкостей, эти пластиковые фитинги для труб представляют собой лучшее решение для водопровода во всех отраслях промышленности.Согласно каталогу труб и фитингов PPR, эти фитинги имеют более длительный срок службы и более низкую стоимость установки благодаря простой системе настройки.

Это герметичный, а также морозостойкий продукт, наделяющий потребителей чувством надежности. Эти пластиковые трубы обладают высокими химическими и физическими свойствами, которые увеличивают выносливость материала. Термостойкий материал труб позволяет выдерживать любые погодные условия. PPR Каталог пластиковых труб и фитингов может гарантировать вам экономичное решение, подходящее для различных стилей водопровода. Идеальная герметичная система труб благодаря сварке плавлением может гарантировать прочную трубу, которая не будет создавать утечек при транспортировке жидкости. Его экологически чистый характер делает его самым выгодным вариантом среди всех.

KPT Pipes — это идеальное решение для сантехники с нашими трубами исключительного качества, соответствующими каталогу фитингов PPR от до слова.Наши трубы, произведенные с опытом и командой талантливых технических специалистов, соответствуют мировым стандартам, подкрепленным нашей надежностью, гарантией и надежностью. В то время как производит фитинги PPR , мы применяем передовые технологии в производстве наших труб и доставляем вам лучшее из нашего товара, которое может оставаться продуктивным и надежным на протяжении всей жизни.

Примечание : Пользователям рекомендуется проводить собственные тесты, чтобы убедиться в пригодности полипропилена в конкретной среде.

Схема расположения труб теплого пола — ООО «Системы теплого пола»

На схеме ниже показан пример расположения трубопровода для первого этажа, включая предполагаемые длины петель и расположение коллектора.

Труба напольного отопления должна быть проложена с шагом 200 мм в зависимости от конструкции.

Максимальная тепловая мощность для систем теплого пола составляет 100 Вт / м 2 для бетонных полов и 70 Вт / м 2 для деревянных подвесных полов .Чтобы любая система теплого пола работала эффективно, собственность должна быть построена в соответствии с действующими строительными нормами, и ни одна комната не должна терять больше, чем указано выше.

Конденсационные котлы очень эффективны при напольном отоплении. При использовании комбинированных котлов необходимо уточнить у производителя, может ли котел быть оснащен вторичным насосом.

Системы теплого пола можно комбинировать с обычными радиаторными системами, но система теплого пола должна быть в полностью отдельной системе , i.е. подача и возврат для теплого пола должны идти полностью обратно к котлу, нормальное управление осуществляется с помощью 2-х ходовых клапанов, как в обычной системе S-Plan.

Консультации по утеплению и конструкции полов

Мы рекомендуем минимум 50 мм полиуретановой изоляции для системы теплого пола. Это очень качественный утеплитель, который может использоваться как для бетонных, так и для деревянных подвесных перекрытий. Все требования к изоляции должны соответствовать действующим строительным нормам.Смотрите нашу страницу о конструкции пола для получения дополнительной информации.

Мы не поставляем изоляцию. Любой продавец-строитель будет хранить утеплители, такие как Xtratherm или Kingspan. Предложение основано на обрезке трубы прямо на изоляционной плите. Поставляем хомуты. Используйте стяжку не менее 65 мм поверх изоляции для бетонных полов, для деревянных подвесных полов см. Страницу Конструкция пола. Пластиковые листы нельзя класть поверх труб.

Также для стяжек полов можно использовать жидкую стяжку 50 мм или фибровую стяжку.Важно использовать пластиковую мембрану поверх утеплителя для жидкой стяжки. Также необходимо использовать кромочную полосу по всему периметру стен.

Содержание влаги в стяжке и половицах

Перед включением обогрева стяжке необходимо дать высохнуть в течение минимум 4–6 недель. Поскольку система используется впервые, смесительный клапан должен быть установлен на минимальное значение, чтобы позволить влаге в стяжке высохнуть. Температуру следует повышать на два градуса каждый день, пока смесительный клапан не будет установлен на 45 ° C.

При установке стяжки необходимо соблюдать осторожность, чтобы защитить трубопровод. В завершение укладывается отделка пола. Полы с подогревом хорошо сочетаются практически с любой отделкой пола; плитка, ковры (используйте ковры с сопротивлением менее 0,15 м2К / Вт), деревянные полы, пластик и т. д. Напольные покрытия и клей должны быть подходящими для температур, обеспечиваемых полами с подогревом; максимальная температура, которую они должны выдерживать, составляет 40 ° C. Ковер и подкладка вместе не должны превышать тепловое сопротивление 2.5 Tog.

Перед укладкой половые доски должны иметь влажность ниже 7%. Мы не рекомендуем половицы толщиной более 25 мм. Дополнительную информацию о половицах см. На нашей странице «Конструкция пола». Всегда уточняйте у производителей любой отделки пола, подходит ли она для полов с подогревом .

Отопление туалетов и ванных комнат

Поскольку эти области обычно очень маленькие, может потребоваться дополнительное тепло. Поэтому стандартная практика — установка полотенцесушителей в сочетании с подогревом пола.

Запорные клапаны перед смешивающим клапаном

Мы настоятельно рекомендуем сантехнику установить шаровые краны на подающей и обратной линии, питающей УФ-систему, на случай, если в будущем потребуется обслуживание насоса и смесительного клапана.

GF Piping Systems

PlayPausePreviousNextGeorg FischerPlayPausePreviousNextGeorg FischerЭтот веб-сайт требует Javascript.

Страна

  • Европа

    • Австрия
    • Бельгия
    • Чехия
    • Дания
    • Финляндия
    • Франция
    • Германия
    • Италия
    • Нидерланды
    • Норвегия
    • Польша
    • Румыния
    • Россия
    • Испания
    • Швеция
    • Швейцария
    • Турция
    • Объединенное Королевство
  • Америка

    • Аргентина
    • Бразилия
    • Канада
    • Мексика
    • Соединенные Штаты
  • Азия

    • Австралия
    • Китай
    • Индия
    • Индонезия
    • Япония
    • Малайзия
    • Новая Зеландия
    • Сингапур
    • Южная Корея
    • Тайвань
    • Вьетнам

.

No related posts.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

*

*