نحوه کار لوله های حرارتی

رالوله حرارتینوعی عنصر انتقال حرارت است که از اصل هدایت گرما و خواص انتقال سریع حرارت محیط خنک کننده به طور کامل استفاده می کند.رسانایی گرمایی.

 

 

در سال 1963، فناوری لوله های حرارتی توسط جورج گروور از آزمایشگاه ملی لوس آلاموس اختراع شد.

 

لوله حرارتی نوعی عنصر انتقال حرارت است که از اصل هدایت گرما و خواص انتقال سریع حرارت محیط خنک کننده به طور کامل استفاده می کند.رسانایی گرمایی.

 

فناوری لوله های حرارتی قبلاً در صنایع هوافضا، نظامی و سایر صنایع استفاده شده است.از زمانی که این رادیاتور وارد صنعت تولید رادیاتور شد، مردم تفکر طراحی رادیاتورهای سنتی را تغییر دادند و از حالت اتلاف گرما سنتی که تنها به فن های با حجم بالا برای دستیابی به اتلاف گرمای بهتر متکی است، خلاص شدند.

 

در عوض، حالت خنک‌کننده جدیدی با فن‌آوری با سرعت کم، حجم هوای کم و فن‌آوری لوله‌های حرارتی را اتخاذ می‌کند.

 

فن آوری لوله های حرارتی فرصتی را برای عصر آرام رایانه ها به ارمغان آورده است و به طور گسترده در سایر زمینه های الکترونیکی مورد استفاده قرار گرفته است.

 

لوله های حرارتی چگونه کار می کنند؟

 

اصل کار لوله حرارتی به این صورت است: هرگاه اختلاف دما وجود داشته باشد، پدیده انتقال حرارت از دمای بالا به دمای پایین ناگزیر رخ می دهد.لوله حرارتی از خنک کننده تبخیری استفاده می کند، به طوری که اختلاف دمای بین دو سر لوله حرارتی بسیار زیاد است، به طوری که گرما به سرعت هدایت می شود.گرمای منبع گرمای خارجی دمای محیط کار مایع را از طریق رسانش حرارتی دیواره لوله بخش تبخیر و هسته جاذب مایع پر شده با محیط کار افزایش می دهد.دمای مایع افزایش می یابد و سطح مایع تا زمانی که به فشار بخار اشباع شده برسد تبخیر می شود.راه عبور به بخاربخار تحت یک اختلاف فشار کوچک به طرف دیگر جریان می یابد، گرما آزاد می کند و دوباره به مایع متراکم می شود و مایع با نیروی مویین به قسمت تبخیر در امتداد مواد متخلخل برمی گردد.این چرخه سریع است و گرما را می توان به طور مداوم دور کرد.

 

ویژگی های فنی لوله های حرارتی

 

· اثر هدایت حرارتی با سرعت بالا.وزن سبک و ساختار ساده

 

· توزیع یکنواخت دما، می تواند برای دمای یکنواخت یا عمل همدما استفاده شود. ظرفیت انتقال حرارت بزرگ.فاصله انتقال حرارت طولانی

 

· هیچ مؤلفه فعالی وجود ندارد و خود انرژی مصرف نمی کند.

 

· هیچ محدودیتی در جهت انتقال حرارت وجود ندارد، انتهای تبخیر و انتهای متراکم قابل تعویض هستند.· پردازش آسان برای تغییر جهت انتقال حرارت.

 

بادوام، عمر طولانی، قابل اعتماد، آسان برای ذخیره و نگهداری.چرا فناوری لوله های حرارتی چنین عملکرد بالایی دارد؟ما باید از منظر ترمودینامیکی به این مشکل نگاه کنیم.

 

جذب گرما و آزاد شدن حرارت اجسام نسبی است و هر گاه اختلاف دما وجود داشته باشد ناگزیر پدیده انتقال حرارت از دمای بالا به دمای پایین رخ می دهد.

 

سه راه برای انتقال حرارت وجود دارد: تابش، همرفت و رسانایی که در میان آنها رسانش گرما سریعترین است.

 

لوله حرارتی از خنک کننده تبخیری استفاده می کند تا اختلاف دما بین دو سر لوله حرارتی را بسیار زیاد کند تا گرما به سرعت هدایت شود.

 

 

یک لوله حرارتی معمولی از یک پوسته لوله، یک فیتیله و یک کلاهک انتهایی تشکیل شده است.

 

روش تولید به این صورت است که داخل لوله را به فشار منفی 1.3×(10-1~10-4)Pa پمپ می کنیم و سپس آن را با مقدار مناسبی از مایع کار پر می کنیم تا مواد متخلخل مویرگی مایع را جذب کنند. هسته نزدیک به دیواره داخلی لوله با مایع پر شده و سپس مهر و موم شده است.

 

نقطه جوش مایع تحت فشار منفی کاهش می یابد و به راحتی تبخیر می شود.دیواره لوله دارای یک فیتیله جاذب مایع است که از مواد متخلخل مویرگی تشکیل شده است.

 

مواد لوله حرارتی و سیال کاری مشترک

 

یک سر لوله حرارتی انتهای تبخیر و سر دیگر انتهای متراکم است.

 

هنگامی که یک بخش از لوله حرارتی گرم می شود، مایع موجود در مویین به سرعت تبخیر می شود و بخار تحت یک اختلاف فشار کوچک به انتهای دیگر جریان می یابد، گرما آزاد می کند و دوباره به مایع متراکم می شود.

 

مایع توسط نیروی مویرگی به بخش تبخیر در امتداد مواد متخلخل برمی گردد و این چرخه بی پایان است.گرما از یک سر لوله حرارتی به انتهای دیگر منتقل می شود.این چرخه به سرعت انجام می شود و گرما را می توان به طور مداوم هدایت کرد.

 

شش فرآیند مرتبط انتقال حرارت در لوله های حرارتی

 

1. گرما از منبع گرما به رابط (مایع-بخار) از طریق دیواره لوله حرارتی و فتیله پر از مایع کار منتقل می شود.

 

2. مایع روی سطح مشترک (مایع-بخار) در بخش تبخیر تبخیر می شود و 3. بخار در محفظه بخار از قسمت تبخیر به بخش میعان جریان می یابد.

 

4. بخار بر روی رابط بخار-مایع در بخش چگالش متراکم می شود.

 

5. گرما از رابط (بخار-مایع) به منبع سرد از طریق فیتیله، مایع و دیواره لوله منتقل می شود.

 

6. در فتیله، مایع کاری متراکم شده به دلیل عمل مویرگی به قسمت تبخیر برگردانده می شود.

 

ساختار داخلی لوله حرارتی

 

لایه متخلخل روی دیواره داخلی لوله حرارتی اشکال مختلفی دارد که رایج‌تر آن‌ها عبارتند از: تف جوشی پودر فلز، شیار، مش فلزی و غیره.

 

1.ساختار سرباره داغ

 

 

به معنای واقعی کلمه، ساختار داخلی این لوله حرارتی مانند بریکت های زغالی یا سرباره داغ است.

 

در دیواره داخلی به ظاهر ناهموار، انواع سوراخ های ریز وجود دارد، آنها مانند مویرگ هایی روی بدن انسان هستند، مایع موجود در لوله حرارتی در این سوراخ های کوچک جابه جا می شود و نیروی سیفونی قوی ایجاد می کند.

 

در واقع، فرآیند ساخت چنین لوله حرارتی نسبتاً پیچیده است.پودر مس تا دمای معینی گرم می شود.قبل از اینکه کاملا ذوب شود، لبه پیشانی ذرات پودر مس ابتدا ذوب می شود و به پودر مس اطراف می چسبد و به این ترتیب چیزی را که اکنون می بینید تشکیل می دهد.به ساختار توخالی

 

 

از روی عکس ممکن است فکر کنید خیلی نرم است اما در واقع این سرباره داغ نه نرم است و نه شل، بلکه بسیار قوی است.

 

از آنجا که این ماده ای است که توسط پودر مس در دمای بالا گرم می شود، پس از سرد شدن، بافت سخت اولیه فلز را باز می گرداند.

 

علاوه بر این، از نقطه نظر ساخت، هزینه ساخت لوله حرارتی با این فرآیند و ساختار نسبتاً بالا است.

 

2. ساختار شیار

 

 

ساختار داخلی این لوله حرارتی مانند ترانشه های موازی طراحی شده است.

 

همچنین مانند مویرگ ها عمل می کند و مایع برگشتی به سرعت از طریق این شیارها در لوله حرارتی هدایت می شود.

 

اما با توجه به دقت و ظرافت شیار، با توجه به سطح فرآیند و جهت شیار و ... تاثیر زیادی در اتلاف حرارت لوله حرارتی خواهد داشت.

 

از منظر هزینه تولید، ساخت این لوله حرارتی نسبتاً ساده، ساخت آسان‌تر و ساخت نسبتاً ارزان است.

 

با این حال، فناوری پردازش شیار لوله حرارتی خواستارتر است.به طور کلی، این بهترین طراحی برای پیروی از جهت بازگشت مایع است، بنابراین از نظر تئوری، راندمان اتلاف گرما به اندازه قبلی نیست.

 

3. مش های فلزی متعدد

 

رادیاتورهای رایج لوله حرارتی بیشتر و بیشتر از این طراحی مشبک چند فلزی استفاده می کنند.از تصویر به راحتی می توانید متوجه شوید که مواد لخته شده داخل لوله حرارتی مانند کلاه حصیری شکسته است.

 

- عموماً داخل این لوله حرارتی پارچه ای فلزی از سیم های مسی است.بین سیم‌های مسی کوچک شکاف‌های زیادی وجود دارد، اما ساختار پارچه اجازه نمی‌دهد پارچه دررفته و لوله گرما را مسدود کند.

 

از نظر هزینه، ساختار داخلی این لوله حرارتی نسبتاً ساده است و همچنین ساخت آن ساده تر است.

 

فقط یک لوله مسی معمولی برای پر کردن این پارچه های توری چند فلزی مورد نیاز است.در تئوری، اثر اتلاف گرما به خوبی دو مورد قبلی نیست.