Применение программного продукта ThermaCAM Researcher в исследовании теплопередающих устройств

Литература

1. Трушко О. В. Методики натурных исследований воздействия динамических явлений на горные выработки // European research. № 1 (2), 2015. С. 15-18.

2. Строительные нормы и правила - СНиП II-94-80. Подземные горные выработки. М.: Стройиздат, 1981.

3. Потёмкин Д. А., Плащинский В. Ф. Параметры поля напряжений в рудном массиве до начала ведения горных работ // Записки горного института. Том 168. СПб., 2006. С. 123-126.

4. Кузнецов Г. Н., Будько М. Н., Васильев Ю. И. и др. Моделирование проявлений горного давления. Л. «Недра», 1968. 279 с.

5. Зенкевич О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред // М.: Недра, 1974. 240 с.

6. ABAQUS Online Manuals. Release 6.10. Getting Started with Abaqus.

7. Трушко В. Л., Протосеня А. Г., Плащинский В. Ф. Оценка устойчивости обнажений и расчет нагрузок на крепь выработок Яковлевского рудника // Записки горного института. СПГГИ (ТУ). СПб., 2006. Т. 168. С. 115-122.

8. Трушко В. Л., Протосеня А. Г., Матвеев П. Ф., Совмен Х. М. Геомеханика массивов и динамика выработок глубоких рудников // Санкт-Петербургский горный ин-т. СПб., 2000. 396 с.

9. Протосеня А. Г., Долгий И. Е., Жихарев С. .Я.Геомеханика массива и устойчивость подготовительных выработок. Монография. МАНЭБ. СПб., 2004. 293 с.

Application software ThermaCAM Researcher in the study of heat transfer devices Gadelshin M.1, Kibardin A.2, Vyguzova K.3 Применение программного продукта ThermaCAM Researcher в исследовании теплопередающих устройств Гадельшин М. Ш.1, Кибардин А. В.2, Выгузова К. В.3

'Гадельшин Марат Шавкатович / Gadelshin Marat - кандидат физико-математических наук, доцент,

кафедра технической физики; 2Кибардин Алексей Владимирович /Kibardin Alexey - кандидат физико-математических наук, доцент,

кафедра вычислительной техники, Физико-технологический институт Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина; 3Выгузова Ксения Валерьевна / Vyguzova Kseniya — ассистент, кафедра информационных технологий и защиты информациии, электротехнический факультет, Уральский государственный университет путей сообщения, г. Екатеринбург

Аннотация: в данной работе выполнен анализ работоспособности плоской тепловой трубы с применением программного продукта ThermaCAM Researcher. Показано, что испаритель плоской тепловой трубы работает эффективно при различных плотностях тепловых нагрузок и наклонах.

Abstract: in this research we have investigated working efficiency of flat heat pipe with ThermaCAM Researcher software product. It is shown that a flat heat pipe evaporator operates efficiently at different densities of thermal loads and slopes.

Ключевые слова: плоская тепловая труба, отвод тепла, плотность тепловой нагрузки, коэффициент теплоотдачи при испарении, тепловизор.

Keywords: flat heat pipe, heat removal, the density of the heat load, evaporation heat transfer coefficient, thermal imager.

Плоские тепловые трубы с успехом применяются для отвода тепла от различных приборов электроники, характеризующихся значительными по размеру плоским поверхностями тепловыделения [1, 2]. В данной работе проведено тепловизионное исследование эффективности функционирования плоской тепловой трубы с применением программного продукта ThermaCAM Researcher. Устройство выполнено с зонами испарения и конденсации достаточно большой площади. Материалом всех элементов плоской тепловой трубы

служит нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т. Корпус выполнен их двух листов толщиной 0,3 мм. Капиллярно-пористая структура получена диффузионной сваркой одновременно нескольких слоев мелких сеток с внутренней поверхностью корпуса. Состоит из трех слоев с размерами ячеек 0,080 мм и шести слоев сеток с размерами ячеек 0,056 мм.

В середине устройства между капиллярно-пористыми структурами расположена крупная сетка толщиной 2 мм, выполненная из проволоки диаметром 1 мм с шагом 3 мм. Крупная сетка является паропроводом и элементом жесткости одновременно; она так же соединена обеими сторонами диффузионной сваркой с капиллярно-пористой структурой. Размеры плоской тепловой трубы составили: длина - 260 мм, ширина - 144 мм, толщина - 3,5 мм.

Система подвода тепла в зону испарителя включает в себя две стальные пластины длиной 133 мм, шириной 38 мм и толщиной 1,2 мм, расположенные по обеим сторонам плоской тепловой трубы и отделенные от корпуса слоем теплопроводной пасты КПТ-8 толщиной 0,15 мм для обеспечения электрической изоляции. Нагрев осуществляется организацией электрического тока через пластины.

Исследование заключается в измерении распределения температур на поверхности пластин нагрева и адиабатической зоне с использованием тепловизора FLIR A320 с разрешающей способностью 0,08°С. Интенсивность теплоподвода q определялась при известной площади

нагревательных пластин S электрической мощностью системы нагрева по данным измерения напряжения U и тока I по формуле

UI

q =—

S

Система отвода тепла выполнена из двух плоских медных пластин, расположенных с обеих сторон плоской тепловой трубы и охлаждаемых водой. Нагреватель и система охлаждения установлены с расстоянием между ними 133 мм.

Для повышения точности проведения измерений тепловизором на исследуемых поверхностях нанесено покрытие, обеспечивающее близкое к единице значение коэффициента излучательной способности.

При обработке данных тепловизионных измерений с использованием программного продукта ThermaCAM Researcher для получения распределения температуры по длине и ширине нагревателя на термограмму наносились перпендикулярные друг другу семейства прямых линий, для которых программой выдавались значения температур.

Измерения проведены были при различных ориентациях; здесь существенным фактором является взаимное расположение испарителя и конденсатора. Например, угол наклона в 30° между рабочей плоской поверхностью и горизонталью соответствует расположению испарителя над конденсатором.

Рис. 1. Распределение температуры по ширине нагревателя при плотностях тепловых нагрузок д, равных 0,37, 0,54 и 0,84 Вт/см2 для углов наклона плоской тепловой трубы 0 (горизонтальная ориентация) и 30 градусов, соответственно. Здесь Н1, Н2, ... Н7—равномерно распределенные по ширине нагревателя

участки наблюдения

Результаты измерения распределения температур при плотностях тепловых нагрузок Ц,

равных 0,37, 0,54 и 0,84 Вт/см2 для углов наклона тепловой трубы 0 (горизонтальная ориентация) и 30 градусов, представлены на рис. 1 и 2. Стандартное отклонение каждого результата измерения составило менее 0,8°С. При заданной тепловой нагрузке в адиабатной зоне имеет место постоянство температуры, определяемое температурой пара; поэтому изменение Т соответствует изменению АТ , характеризующей коэффициент теплоотдачи при испарении X в соответствии с выражением а = ц/АТ ; здесь АТ - перепад температур

между нагревателем и адиабатической зоной. Более низкие значения Т свидетельствуют о более эффективном отводе тепла испарением. Удаленные от охладителя участки нагревателя (участок Н1), для которых затруднена подача теплоносителя, имеют повышенные значения температур. Но вместе с тем имеет место достаточно эффективный теплоотвод (рис. 1). Из рис. 2 следует, что крайние участки по длине нагревателя лучше охлаждаются, что объясняется более благоприятными условиями подачи к эти участкам теплоносителя.

Рис. 2. Распределение температуры по длине нагревателя при плотностях тепловых нагрузок д, равных 0,37, 0,54 и 0,84 Вт/см2 для углов наклона плоской тепловой трубы 0 (горизонтальная ориентация) и 30 градусов, соответственно. Здесь Ь1, Ь2, ... Ь7—равномерно распределенные по длине нагревателя

участки наблюдения

По данным измерений были проведены оценки коэффициента теплоотдачи при испарении X. Результаты вычислений для основных факторов, влияющих на работоспособность тепловой трубы, представлены в таблице.

Таблица 1. Влияние условий испытания на работоспособность тепловой трубы

Коэффициент теплоотдачи а при испарении, Вт/м2 К Плотность теплоподвода д, Вт/см2

0,37 0,54 0,84

Угол наклона тепловой трубы, град. 0 1439 1170 1352

30 766 922 1108

Проведённое исследование показывает достаточно эффективную работу испарителя плоской тепловой трубы данной конструкции при различных нагрузках и ориентациях в пространстве.

Литература

1. Дан П. Д., Рей Д. А. Тепловые трубы / пер. с англ. Ю. А. Зейгарник. М.: Энергия, 1979. 272 с.

2. Герасимов Ю. Ф., Долгирев Ю. Е., Гадельшин М. Ш. Крупногабаритные плоские тепловые трубы // II Минский международный форум (18 - 22 мая 1992г.) «Тепломассобмен ММФ-1992». Том VII. Тепломассообмен в капиллярно--пористых средах. Минск: Академия наук Беларуси «АНК Институт тепло- и массообмена им. А. В.Лыкова», 1992. С. 108-114.