Расчет рабочих характеристик контурных тепловых труб

Особенности тепловой трубы

Принцип действия

Принцип действия тепловых труб состоит в том, что передача энергии происходит за счет испарения и дальнейшей конденсации жидкости. Чтобы понять, как это происходит на практике, надо представить замкнутую емкость, выполненную из металла с хорошей теплопроводностью и заполненную некоторым количеством воды.

Процессы передачи тепла выглядят в ней следующим образом:

• При нагреве одной части емкости, вода в ней превратится в пар.
• Покидая жидкость, водяные пары попадают на охлажденную поверхность, в результате чего пар вновь переходит в жидкое состояние и стекает на прежнее место. При этом большое количество тепловой энергии отводится через стенки металлического резервуара.
• Остывшая вода опять нагревается и процесс повторяется.

Такая конструкция называется термосифоном. Она хоть и не является тепловой трубкой, однако, принцип работы тот же.

Обратите внимание! Термосифон может работать как положено только в том случае, если его зона конденсации расположена выше зоны испарения. Это обеспечивает возвращение конденсата на место нагрева.

Тепловая труба Гровера

Простейшая конструкция тепловой трубы выглядит следующим образом:

Корпус	Обязательно должен быть выполнен из материала, который хорошо проводит тепло. Кроме того, важным требованием к корпусу является его прочность, чтобы он мог обеспечить надежную герметичность.В качестве материала для него обычно используют всевозможные сплавы различных металлов, а также керамику или стекло для труб. От типа корпуса может зависеть цена изделия.
Рабочая среда	Представляет собой жидкое вещество (теплоноситель), способное при рабочей температуре переходить в газообразное состояние.
Фитиль	Твердый материал с порами, сквозь которые жидкость по капиллярам перемещается из одной части трубы в другую.

Вышеописанное устройство называют тепловой трубой Гровера. Этот ученый в 1963 году усовершенствовал конструкцию термосифона, в которой жидкость стекала самотеком. В тепловой трубе Гровера жидкость перемещается капиллярным способом.

Конструкция тепловой трубки Гровера

Чтобы данная система функционировала, к рабочей жидкости выдвигаются следующие требования:

• Точка перехода «жидкость-пар» должна находиться в диапазоне температур, в котором работает устройство.
• Жидкость не должна подвергаться температурному разложению.
• Материал фитиля и корпус трубы должны смачиваться жидкостью.

В качестве рабочих жидкостей могут применяться различные вещества в жидкой фазе:

Что касается фитиля, то, как уже было сказано выше, данный элемент обеспечивает перемещение жидкости под действием капиллярных сил. Основное требование к этому материалу – обеспечение равномерного движения рабочей жидкости по капиллярам.

На фото – тепловая трубка Гровера в разрезе

Чаще всего в качестве фитиля применяют:

• Металлические сетки;
• Металлические войлоки;
• Металлические стеки;
• Ткани саржевого плетения и пр.

На первый взгляд может показаться, что данное устройство довольно простое, однако, его технический расчет могут выполнить только специалисты. Дело в том, что для эффективной его работы необходимо правильно подобрать материал, его рабочие характеристики и размеры. Поэтому выполнить тепловые трубки своими руками вряд ли получится, а вот тепловой сифон можно сделать и самостоятельно.

Передача тепловой энергии в таких устройствах может осуществляться несколькими способами:

• При помощи открытого огня;
• При непосредственном контакте с нагретым веществом;
• Электрическим током;
• Инфракрасным излучением.

Обратите внимание! Единственной величиной, лимитирующей тепловую мощность устройства, является тепловая стойкость его корпуса.

Надо сказать, что функции тепловых трубок Гровера довольно разнообразны, однако основной их задачей является передача тепловой энергии из одной части трубы в другую. Что касается температуры рабочей среды, то инструкция по их применению допускает диапазон от нуля градусов по Цельсию до тысяч градусов.

Схема устройства контурной трубы

Контурные тепловые трубки

С развитием технологий, тепловые трубы Гровера были усовершенствованы – на смену фитилю пришли специальные контурные трубки.

Достоинством такой конструкции является:

• Надежность в работе;
• Простота;
• Более высокий уровень теплопередачи;
• Хорошая адаптация к разным условиям эксплуатации;
• Долговечность;
• Рабочие характеристики сохраняются при любом пространственном положении, благодаря чему устанавливается такая тепловая труба своими руками без каких-либо сложностей.

По сути, контуры являются такими же капиллярами, но обладают большими размерами. В результате их качеств относительно передачи тепла, трубки являются сверхпроводниками тепловой энергии.

Тепловые трубки в системе охлаждения ПК

Инструменты для установки изоляции

Для того чтобы термоусадка выполнила свое назначение, ее предварительно необходимо нагреть больше +120С. Она размякнет и станет эластичной. При остывании она начнет уменьшаться в размерах, плотно облегая стык, к примеру, двух соединяемых проводов. Это на все сто процентов гарантированная изоляция.

Значит, основной инструмент в этом процессе будет любой прибор, который нагреет изоляционный материал. Если разговор идет о профессиональных инструментах, то их несколько:

• газовая горелка (пропан-бутан), главное, чтобы пламя огня было желтого цвета;
• специальные пистолеты теплового действия;
• строительные фены (в их комплект входит несколько насадок, с помощью которых можно регулировать мощность теплового потока).

Если разговор идет о домашнем проведении процесса изоляции, да к тому же своими руками, то можно воспользоваться спичками, зажигалкой, можно опустить термоусадочную трубку в кипяток. Здесь важно не перегреть материал, чтобы он не сгорел и не стал хрупким.

Область применения современных тепловых труб

Сфера применения тепловых труб довольно обширна:

• Передача тепла с минимальными затратами различным объектам и зданиям.
• На основе тепловых трубок выполнены многие системы охлаждения, в том числе и холодильники.
• Отвод тепла в различных устройствах микроэлектроники, в частности, тепловые трубы зачастую применяются в ПК.
• Медицина.
• Космическая промышленность.
• Комплектация термостатов и прочих аналогичных по назначению устройств.
• Строительство в условиях вечной мерзлоты.
• В сельском хозяйстве, при обеспечении теплом парников и т.д.
• Данное устройство является обязательной деталью тепловых выключателей и диодов.
• Также может использоваться тепловая труба для отопления жилых и производственных помещений.

Применение тепловых трубок в энергетике

Надо сказать, что характеристики современных тепловых труб довольно впечатляющие:

Диапазон температур работы	От 4 до 2300 К
Мощность теплопередачи	До 20 кВт на квадратный сантиметр
Ресурс работы	Более 20 тысяч часов.

Вот, пожалуй, все основные моменты, которые можно вкратце рассказать о тепловых трубах. (См. также статью Разводка труб отопления: особенности.)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Контурная тепловая труба, содержащая соединенные паро- и конденсатопроводом конденсатор и испаритель, снабженный капиллярно-пористой насадкой с пароотводными и питающими каналами, компенсационную полость, сообщающуюся с конденсатопроводом, и вспомогательную капиллярную структуру, расположенную внутри питающих каналов и компенсационной полости и соединяющую питающие каналы с компенсационной полостью, отличающаяся тем, что испаритель контурной тепловой трубы выполнен в виде нескольких расположенных рядом цилиндрических корпусов с установленными внутри них капиллярно-пористыми насадками со сквозными питающими каналами, при этом компенсационная полость разделена на две части, сообщающиеся друг с другом через питающие каналы и расположенные с противоположных торцов капиллярно-пористых насадок, а пароотводные каналы выводят пар от каждой капиллярно-пористой насадки в общий паропровод.

2. Контурная тепловая труба по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрические корпуса встроены в общий контактный фланец из теплопроводного материала.

3. Контурная тепловая труба по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрические корпуса снаружи снабжены ребрами из теплопроводного материала.

4. Контурная тепловая труба по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрические корпуса расположены рядами в шахматном порядке.

Трубы в тепловых сетях

Общие сведения о трубах

Однако под тепловыми трубами зачастую понимают не только устройства для теплопередачи, но и трубы, которые используются в тепловых системах. Ниже мы расскажем о разновидностях этих труб, а также – об особенностях их применения.

Трубы для тепловых сетей могут быть изготовлены из самых разных материалов.

К наиболее распространенным тепловым трубам относятся:

• Напорные трубы из асбестоцемента
• Биметаллические трубы
• Оцинкованные трубы из углеродистой стали
• Трубы из углеродистой стали с эмалевым или стеклокерамическим покрытием.

От используемого материала зависят не только потери тепла трубами при транспортировке теплоносителя, но и долговечность самой отопительной системы.

Вот почему к выбору материала для труб теплосети нужно подходить крайне ответственно.

Ниже мы рассмотрим все вышеперечисленные разновидности труб, и проанализируем их достоинства и недостатки.

Напорные трубы из асбестоцемента

Достаточно популярные сегодня отопительные трубы из асбестоцемента обладают рядом преимуществ, которые позволяют им «выигрывать» у труб из других материалов.

Напорная труба из асбестоцемента

Среди преимуществ асбестоцементных тепловых труб:

• Выдерживают температуру теплоносителя (чаще всего горячей воды) до 120 – 1300 С
• Устойчивы к коррозии под воздействием почвенных растворов или других факторов
• Асбест, входящий в состав таких труб, играет роль внутренней армировки, потому трубы из асбестоцементой смеси хорошо выдерживают сдавливающие деформации
• Теплопроводность труб из асбестоцемента при температуре теплоносителя в 120 градусов меньше, чем теплопроводность аналогичной стальной трубы в аналогичных условиях в 62,5 раза. Потому можно смело заявлять, что по отношению к асбестоцементу такое определение как теплые трубы – отнюдь не гипербола.

Кроме того, асбестоцементовые трубы достаточно просты в монтаже и неприхотливы в обслуживании. Также они мало склонны к промерзанию даже в случае, если теплоноситель в них не циркулирует, потому теплый кабель для труб в данном случае практически никогда не требуется.

Тепловые биметаллические трубы

Трубы отопительные биметаллические производятся из высококачественной листовой стали, а поверхность таких труб покрывается защитным спецсоставом. Толщина защитного покрытия составляет от 5 до 20% от толщины стенки трубы.

Главной особенностью таких труб является тот факт, что они производятся горячекатаным методом – при этом не возникает необходимости термического воздействия на трубу, что положительно сказывается на ее антикоррозионных свойствах.

Оребренные биметаллические трубы

Биметаллические трубы для отопительных систем достаточно эффективны с точки зрения минимизации финансовых затрат, так как их срок службы гораздо больше, чем срок службы стальных труб.

И все же биметаллические трубы для теплотрассы используются достаточно редко ввиду их высокой стоимости.

Оцинкованные стальные трубы

При работе с теплоносителем, температура которого не выше 60-70 градусов Цельсия хорошую эффективность также демонстрируют трубы из высокоуглеродистой стали с цинковыми добавками.

Однако цинковое покрытие не универсально – при работе с теплоносителем, pH которого находится в пределах 6-7, оцинкованные трубы стремительно разрушаются. Также на устойчивость покрытия влияет скорость движения теплоносителя и уровень теплоносителя в трубе.

Труба в оцинкованной оболочке

Наравне с цинком для продления срока службы тепловых труб используют также легирующие добавки. В качестве таких добавок эффективны никель или алюминий. К другим процедурам, способным существенно повысить коррозионную устойчивость труб, относятся пассивирование, лакировка и фосфатирование внутренних поверхностей.

Что же касается экономичности использования таких труб, то она достаточно невысока. Объясняется это тем, что значительный коэффициент теплопередачи трубы из стали является причиной быстрого остывания теплоносителя.

Стальные трубы с эмалевым покрытием

Еще одна разновидность тепловых труб — стальные углеродистые трубы с эмалевыми покрытиями (также есть модификации со стеклоэмалевым покрытием).

Такие трубы отличаются следующими преимуществами:

• Гладкая, твердая и долговечная внутренняя поверхность трубы
• Высокая коррозионная устойчивость к воздействию теплоносителей различного состава
• Высокая термостойкость
• Длительный срок службы покрытия, а следовательно – и самих труб

Еще одним преимуществом труб с эмалевым покрытием является их относительно невысокая стоимость.

Как видите, под термином тепловые трубы могут скрываться кА достаточно сложные теплотехнические агрегаты, так и достаточно простые трубные конструкции для отопительных систем. И все же информация об этих устройствах должна быть у всех, кто планирует заниматься созданием отопительных систем.

Понравилась статья? Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен

Процесс установки термоусадки своими руками

Итак, будем теперь отвечать на вопрос, как пользоваться термоусадочной трубкой? В первую очередь подготавливаются элементы, которые подлежат изоляции. Пусть это будут два конца электрического провода.

1. Их необходимо очистить от пластиковой оболочки.
2. С помощью растворителя обезжирить провода, используя тряпочку.
3. Если внутренняя изоляция кабеля сделана из поливинилхлорида, то ее необходимо удалить наждачной бумагой мелкой зернистости.
4. Если изоляция – это полиэтилен, то его можно удалить пламенем от зажигалки.

Процесс усадки

Так как мы обговариваем процесс изоляции соединения концов двух проводов, то сначала трубка термоусадочная надевается на один из проводов, производится скрутка двух концов, затем изоляционное изделие смешается на сам стык. Все остальное по нижеследующей схеме:

1. Если используется, к примеру, для нагрева специальный пистолет, то нужно установить на нем температурный режим в диапазоне 120-200С. Если вами используется трубка, китайского производства, то специалисты рекомендуют снизить температурный режим до 70-110С.
2. Начинать нагрев, а соответственно усадку, надо с середины стыка. Прогревания нужно обязательно проводить по кругу равномерно, так чтобы центральная часть изделия плотно прижалась к металлическому стыку двух проводов.
3. Далее, производится попеременно нагрев двух концевых частей трубки, начиная от середины, двигаясь к концу.
4. Оставляется стык для охлаждения.

Важно! Нельзя допускать перегрева местного значения, вот почему так важно нагревать изоляцию равномерно. После остывания поверхность термоусадочной трубки должна быть гладкой.

Некоторые модели изнутри покрываются клеевым составом. Так вот в процессе нагрева клей будет обязательно выходить наружу, это не снизит качество изоляции.