CC BY
17
ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА THERMACAM RESEARCHER Гадельшин М.Ш.1, Кибардин А.В.2, Выгузова К.В.3 Email: [email protected]
'Гадельшин Марат Шавкатович - кандидат физико-математических наук, доцент; 2Кибардин Алексей Владимирович - кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра технической физики, Физико-технологический институт, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; 3Выгузова Ксения Валерьевна — преподаватель, кафедра информационных технологий и защиты информации, электротехнический факультет, Уральский государственный университет путей сообщения, г. Екатеринбург
Аннотация: в статье приводятся результаты экспериментального исследования эффективности испарительного охлаждения при различных тепловых нагрузках в условиях воздействия газового потока, направленного под углом к поверхности испарения. Использование капиллярной структуры позволяет обеспечивать транспорт теплоносителя и улучшает процесс испарения. Представлены результаты тепловизионного исследования функционирования испарителя в виде пластины толщиной 0.3 мм с капиллярной структурой из нержавеющей стали длиной 45,2 мм и шириной 27.2 мм. Капиллярная структура изготовлена диффузионной сваркой с пластиной двух мелкоячеистых сеток с характеристиками: диаметр проволоки составляет 40 мкм, номинальный размер стороны ячейки в свету — 63 мкм. В качестве рабочей жидкости использовался спирт.
Ключевые слова: поток воздуха, испарительное охлаждение, отвод тепла, плотность тепловой нагрузки, коэффициент теплоотдачи при испарении, тепловизор.
EVAPORATIVE COOLING RESEARCH USING THERMACAM RESEARCHER SOFTWARE Gadelshin M.Sh.1, Kibardin A.V.2, Vyguzova K.V.3
'Gadelshin Marat Shavkatovich — Candidate of physico-mathematical sciences, Associate Professor; 2Kibardin Alexey Vladimirovich - Candidate of physico-mathematical sciences, Associate Professor; DEPARTMENT OF TECHNICAL PHYSICS, INSTITUTE OF PHYSICS AND TECHNOLOGY, URAL FEDERAL UNIVERSITY NAMED AFTER THE FIRST PRESIDENT OF RUSSIA B.N. YELTSIN; 3Vyguzova Kseniya Valeryevna — Lecturer, DEPARTMENT OF INFORMAITION TECHNOLOGY AND INFORMAITION SECURITY, ELECTROTECHNICAL FACULTY, URAL STATE UNIVERSITY OF RAILWAY TRANSPORT, EKATERINBURG
Abstract: the article presents results of an experimental study of effectiveness of evaporative cooling at various thermal loads under influence of a gas stream directed at an angle to the evaporation surface. Using capillary structure makes it possible to provide heat carrier transport and improves the evaporation process. The results of a thermal imaging study functioning of the evaporator in the form of a plate 3 mm thick, length 45,2 mm and a width 27.2 mm with a stainless steel capillary structure are presented. The capillary structure is made by diffusion welding to the plate with two stainless steel woven wire mesh twilled weave with characteristics: wire diameter is 40 microns, aperture size — 63 microns.The working fluid used ethanol.
Keywords: airflow, evaporative cooling, heat removal, the density of the heat load, evaporation heat transfer coefficient, thermal imager.
УДК 62'.'8, 621.5
Испарительное охлаждение дает значительное преимущество в эффективной работоспособности теплопередающих устройств. В работах [1-4] представлены результаты тепловизионного исследования работоспособности испарителя ТПУ с капиллярной структурой. Использование капиллярной структуры позволяет значительно уменьшить количество
теплоносителя в устройстве. Также содержание жидкой фазы в области зоны конденсации уменьшается, а это существенным образом улучшает работу конденсатора.
Задачей настоящей работы является анализ преимуществ испарителя при обдуве газовыми потоками под углом 45° к поверхности испарения со скоростями 10 ^ 15 м/с. Обработаны с использованием программного продукта ThermaCAM Researcher результаты тепловизионных измерений тепловизором FLIR A320 с разрешающей способностью 0,08°С функционирования испарителя в виде пластины толщиной 0,3 мм с капиллярной структурой из нержавеющей стали длиной 45,2 мм и шириной 27.2 мм. Капиллярная структура изготовлена диффузионной сваркой с пластиной двух мелкоячеистых сеток с характеристиками: диаметр проволоки составляет 40 мкм, номинальный размер стороны ячейки в свету - 63 мкм. В качестве рабочей жидкости использовался спирт. Интенсивность теплоподвода q определялась при известной
площади нагревательных пластин электрической мощностью системы нагрева по данным измерения напряжения и тока.
Экспериментальные исследования проводились в следующей последовательности условий измерений тепловизором. Запись термограмм начиналась в условиях отсутствия обдува газовым потоком и отсутствия тепловой нагрузки на испаритель - предстартовый этап. Затем организовывался обдув газовым потоком поверхности испарителя при отсутствии тепловой нагрузки - режим работы нагревателя A. Затем в условиях обдува газовым потоком поверхности испарителя осуществлялась одновременно подача на неё тепловой нагрузки путем организации электрической нагрузки - режим работы B. После проведения измерений в режиме B организовывалось проведение измерений при отключении обдува газовым потоком, при этом имело место подача лишь электрической нагрузки - режим работы C.
На рисунке рис. 1 представлена типичная зависимость температуры нагревателя T (°C) от времени в условиях тепловой нагрузки q=0,79 Вт/см2 и обдуве газовым потоком со скоростью F=14,5 м/c при различных режимах работы испарителя (режимы работы A, B и C).
Рис. 1. Зависимость температуры нагревателя T (°C) от времени в условиях тепловой нагрузки q=0,79 Вт/см2 и обдуве газовым потоком со скоростью V=14,5 м/c при различных режимах работы испарителя
(режимы работы A, B и C)
Данные обработки с использованием программы ThermaCAM Researcher измерений температуры нагревателя при различных режимах работы испарителя представлены в таблице. Значения TA , TB и TC соответствуют средним значениям температур нагревателя в установившемся стационарном состоянии соответствующего режима работы. Здесь же представлены значения коэффициента теплоотдачи aC , вычисленные для режима работы C по данным q и разности температур TC и T^^.
Зависимость температуры нагревателя от времени
20 40 60 80 100 120 140 160 180
Таблица 1. Данные температуры и коэффициента теплоотдачи при различных режимах работы
испарителя
Вт/см2 V, м/с Ta, °C режим A Tb, °C режим B Tc, °C режим C T j комно °C «c, Вт/Км2
0,79 14,5 10,2 13,5 36,5 20,5 495
2,20 14,5 10,5 15,5 52 20,4 696
4,22 14,5 11 19,5 - 20,4 -
0,79 9,7 10,5 13,5 28,5 20,3 958
2,20 9,7 10,5 16,5 46 20,5 863
4,22 9,7 13 21 - 20,5
В режиме работы B, протекающее в условиях интенсивного обдува газовым потоком, имеет место высокая эффективность отвода тепла при различных плотностях тепловых нагрузок, в том числе при достаточно больших, около 4 Вт/см2. Устройство работает удовлетворительно и при отсутствии обдува, коэффициенты теплоотдачи имеют значения более 500 Вт/Км2.
Список литературы / References
1. Гадельшин М.Ш., Кибардин А.В., Гадельшин В.М. Работоспособность испарителя плоской тепловой трубы при различных ориентациях // Проблемы современной науки и образования, 2016. № 3 (45). C. 71-75.
2. Гадельшин М.Ш., Кибардин А.В., Гадельшин В.М. Теплопередающая способность термосифона на основе испарителя с мелкосетчатой капиллярной структурой // Проблемы современной науки и образования, 2016. № 5 (47). C. 47-50.
3. Гадельшин М.Ш., Кибардин А.В., Долгирев Ю.Е., Закиров А.А., Скворцов Д.В. Исследование работы плоской тепловой трубы при сложных тепловых нагрузках // Проблемы современной науки и образования, 2017. № 3 (85). C. 48-50.
4. Гадельшин М.Ш., Кибардин А.В., Валенцева А.В., Выгузова К.В. Анализ работы испарителя термосифона с использованием программного продукта ThermaCAM Researcher // Проблемы современной науки и образования, 2018. № 12 (132). C. 57-60.
