Петлевая тепловая трубка

Петлевая тепловая трубка (КТТ) — это двухфазное устройство теплопередачи, которое использует капиллярное действие для отвода тепла от источника и пассивного перемещения его к конденсатору или радиатору . LHP похожи на тепловые трубы , но имеют то преимущество, что обеспечивают надежную работу на больших расстояниях и способность работать против силы тяжести. Они могут транспортировать большую тепловую нагрузку на большие расстояния при небольшой разнице температур. ^[1]^[2] системы различных конструкций КТТ, от мощных, крупногабаритных КТД до миниатюрных КТТ ( микроконтурная тепловая трубка Разработаны и успешно применяются в широкой сфере применения как наземные, так и космические ).

Строительство

Наиболее распространенными теплоносителями, используемыми в КТВ, являются безводный аммиак и пропилен . ^[3] LHP изготавливаются путем тщательного контроля объемов резервуара, конденсатора, линий пара и жидкости, чтобы жидкость всегда была доступна для фитиля. Объем резервуара и заправка жидкости устанавливаются таким образом, чтобы в резервуаре всегда была жидкость, даже если конденсатор и линии пара и жидкости полностью заполнены.

Обычно фитиль требует небольшого размера пор и большой капиллярной способности. При проектировании тепловой трубки или петлевой тепловой трубки должен быть баланс между способностью перекачки фитиля и проницаемостью фитиля. ^{[ нужна ссылка ]}

Механизм

В петлевой тепловой трубке тепло сначала поступает в испаритель и испаряет рабочую жидкость на внешней поверхности фитиля. Затем пар стекает по системе канавок , а затем поступает в испаритель и по паропроводу к конденсатору, где конденсируется по мере отвода тепла радиатором . Двухфазный резервуар (или компенсационная камера) на конце испарителя специально разработан для работы при несколько более низкой температуре, чем испаритель (и конденсатор). Более низкое давление насыщения в резервуаре вытягивает конденсат через конденсатор и линию возврата жидкости. Затем жидкость течет в центральную трубу, где питает фитиль . Вторичный фитиль гидравлически связывает резервуар и основной фитиль. ^{[ нужна ссылка ]}

Мотивация: ограничения тепловых трубок

Петлевые тепловые трубы преодолевают некоторые недостатки обычных тепловых трубок, которые, хотя и являются отличными устройствами теплопередачи, в основном ограничиваются передачей относительно небольших тепловых нагрузок на относительно короткие расстояния, когда испаритель и конденсатор находятся на одном горизонтальном уровне. Это ограничение со стороны тепловых трубок в основном связано с большими потерями давления, связанными с течением жидкости через пористую структуру, присутствующую по всей длине тепловой трубы, и вязким взаимодействием между паровой и жидкой фазами, также называемыми потерями на унос. . В приложениях, связанных с передачей больших тепловых нагрузок на большие расстояния, увеличение этих потерь сильно влияет на тепловые характеристики тепловых трубок. По этой же причине обычные тепловые трубки очень чувствительны к изменению ориентации в гравитационном поле. При неблагоприятных уклонах в конфигурации «испаритель над конденсатором» потери давления из-за массовых сил в поле силы тяжести увеличивают общие потери давления и дополнительно влияют на эффективность процесса теплопередачи.

В результате этих ограничений были предложены различные решения, включающие структурные модификации обычной тепловой трубки. Некоторые из этих модификаций включают в себя артериальные трубки со значительно низким гидравлическим сопротивлением для возврата жидкости к источнику тепла (артериальные тепловые трубы), другие обеспечивают пространственное разделение паровой и жидкой фаз рабочего тела на участке транспортировки (разделенные тепловые трубы). .

Хотя эти новые формы тепловых трубок способны передавать значительные тепловые потоки и увеличивать длину теплопередачи, они остаются очень чувствительными к пространственной ориентации относительно силы тяжести. Чтобы расширить функциональные возможности двухфазных систем для применений, связанных с неработоспособными в противном случае склонами под действием силы тяжести, преимущества, обеспечиваемые пространственным разделением транспортной линии и использованием некапиллярных артерий, объединены в петлевой схеме. Такая схема позволяет создать тепловые трубки с более высокими характеристиками теплопередачи, сохраняя при этом нормальную работу в любой направленной ориентации. Схема контура составляет основу физической концепции двухфазных контуров (TPL).

Происхождение

Петлевые тепловые трубки запатентованы в СССР в 1974 году Юрием Ф. Герасимовым и Юрием Ф. Майдаником (авторское свидетельство № 449213), все страны бывшего СССР . Патент на КТТ был подан в США в 1982 году ( Патент № 4515209 ).

Приложения

Первое космическое применение произошло на борту российского космического корабля в 1989 году. В настоящее время LHP широко используются в космосе на борту спутников, в том числе; Российский «Гранат», космический корабль «Обзор», спутники связи Boeing (Hughes) HS 702 , китайский метеорологический спутник FY-1C НАСА , ICESat . ^[4]

LHP были продемонстрированы на космическом корабле НАСА в 1997 году с STS-83 и STS-94 . ^{[ нужна ссылка ]}

Контурные тепловые трубки являются важной частью систем охлаждения электронных компонентов.

См. также

Ссылки

^ Ку, Джентунг; Оттенштейн, Лаура; Дуглас, Доня; Хоанг, Трием (4 января 2010 г.). Миниатюрная петлевая тепловая трубка с несколькими испарителями для терморегулирования малых космических аппаратов. Часть 2: Результаты проверки . Американский институт аэронавтики и астрономии . hdl : 2060/20110015223 — через сервер технических отчетов НАСА.
^ Ку, Джентунг; Пайва, Клебер; Мантелли, Марсия (31 июля 2011 г.). Переходное поведение контура тепловой трубы с использованием температуры источника тепла для управления заданным значением с помощью термоэлектрического преобразователя на резервуаре . 9-я ежегодная международная конференция по технологиям преобразования энергии. hdl : 2060/20110015224 — через сервер технических отчетов НАСА.
^ Петлевая тепловая трубка - LHP. Архивировано 28 сентября 2007 г. в Wayback Machine.
^ [1] Архивировано 25 декабря 2004 г., в Wayback Machine.

Внешние ссылки

Thermacore, Inc. Технология Loop Heat Pipe Technology , получено 25 мая 2010 г.
Эксплуатационные характеристики контурных тепловых трубок
ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И АНОДНОГО СВЯЗАНИЯ CPS ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЙ КТМ
Контурные тепловые трубки, двухфазное управление температурой , получено 17 ноября 2016 г.
Оптимизация конструкции контурной тепловой трубы [2]

[NTRS-1] Ку, Джентунг; Оттенштейн, Лаура; Дуглас, Доня; Хоанг, Трием (4 января 2010 г.). Миниатюрная петлевая тепловая трубка с несколькими испарителями для терморегулирования малых космических аппаратов. Часть 2: Результаты проверки . Американский институт аэронавтики и астрономии . hdl : 2060/20110015223 — через сервер технических отчетов НАСА.

[2] Ку, Джентунг; Пайва, Клебер; Мантелли, Марсия (31 июля 2011 г.). Переходное поведение контура тепловой трубы с использованием температуры источника тепла для управления заданным значением с помощью термоэлектрического преобразователя на резервуаре . 9-я ежегодная международная конференция по технологиям преобразования энергии. hdl : 2060/20110015224 — через сервер технических отчетов НАСА.

[3] Петлевая тепловая трубка - LHP. Архивировано 28 сентября 2007 г. в Wayback Machine.

[4] [1] Архивировано 25 декабря 2004 г., в Wayback Machine.

[1]

[2]

[3]

[4]