Оценка эффективности замкнутых двухфазных термосифонов по результатам экспериментального определения температур в характерных сечениях рабочей зоны

Об авторах:

Максимов Вячеслав Иванович, кандидат технических наук, доцент, Научно-образовательный центр И. Н. Бутакова, Национальный исследовательский Томский политехнический университет; elf@tpu.ru

Нурпейис Атлант Едилулы, кандидат технических наук, ассистент, Научно-образовательный центр И. Н. Бутакова, Национальный исследовательский Томский политехнический университет; nurpeiis_atlant@mail.ru

Аннотация:

Приведены результаты экспериментального определения температур в рабочем канале замкнутого двухфазного термосифона. Экспериментальные исследования проводились в медном термосифоне с внутренним диметром 39 мм, высотой теплообменника 161 мм, толщиной боковых стенок 1,5 мм и нижней крышки 2 мм. По результатам исследований установлена зависимость температур в характерных сечениях рабочей зоны (при использовании дистиллированной воды и низкокипящей жидкости — н-пентана в качестве основного хладагента) от величины теплового потока (от 0,3 до 9,5 кВт/м² для дистиллированной воды и от 0,3 до 0,5 кВт/м² для н-пентана) и коэффициента заполнения (ε = 8%). Установлено, что во всем диапазоне изменений тепловых потоков период выхода на стационарный режим характерных температур достаточно длительный (6000-10000 с). Получены зависимости перепадов температур по высоте термосифона. Установлено, что перепады T по высоте двухфазного термосифона для дистиллированной воды не превышают 5 К, для н-пентана — 1,1 К.

Список литературы:

1. Алексеев Б. А. Контроль состояния (диагностика) крупных силовых трансформаторов / Б. А. Алексеев. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. 216 с. 
2. Архипов В. А. Основы теории инженерно-физического эксперимента: учеб. пособие / В. А. Архипов, А. П. Березиков. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. 206 с. 
3. Безродный М. К. Двухфазные термосифоны в промышленной теплотехнике / М. К. Безродный, С. С. Волков, В. Ф. Мокляк. Киев: Вища школа, 1991. 75 с. 
4. Безродный М. К. Процессы переноса в двухфазных термосифонных системах. Теория и практика / М. К. Безродный, И. Л. Пиоро, Т. О. Костюк. Киев: Факт, 2005. 704 с. 
5. Спирин Н. А. Методы планирования и обработки результатов инженерного эксперимента: конспект лекций (отдельные главы из учебника для вузов) / Н. А. Спирин, В. В. Лавров; под общ. ред. Н. А. Спирина. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. 257 с. 
6. Byrne P. Experimental study of an air-source heat pump for simultaneous heating and cooling — Part 2: Dynamic behaviour and two-phase thermosiphon defrosting technique / P. Byrne, J. Miriel, Y. Lénat // Applied Energy. 2011. Vol. 88. No 9. Pp. 3072-3078. DOI: 10.1016/j.apenergy.2011.03.002
7. Chehade A. A. Experimental investigation of thermosyphon loop thermal performance / A. A. Chehade, H. Louahlia-Gualous, S. Le Masson, I. Victor, N. Abouzahab-Damaj // Energy Conversion and Management. 2014. Vol. 84. Pp. 671-680. DOI: 10.1016/j.enconman.2014.04.092
8. Fadhl B. Numerical modelling of the temperature distribution in a two-phase closed thermosyphon / B. Fadhl, L. C. Wrobel, H. Jouhara // Applied Thermal Engineering. 2013. Vol. 60. No 1-2. Pp. 122-131. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2013.06.044
9. Feoktistov D. V. Experimental research of thermophysical processes in a closed two-phase thermosyphon / D. V. Feoktistov, E. A. Vympin, A. E. Nurpeiis // MATEC Web of Conferences. 2016. Vol. 72. 01081. DOI: 10.1051/matecconf/20167201081 
10. Hakeem M. A. Prediction of temperature profiles using artificial neural networks in a vertical thermosyphon reboiler / M. A. Hakeem, M. Kamil, I. Arman // Applied Thermal Engineering. 2008. Vol. 28. No 13. Pp. 1572-1579. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2007.10.002
11. Huminic G. Numerical study on heat transfer characteristics of thermosyphon heat pipes using nanofluids / G. Huminic, A. Huminic // Energy Conversion and Management. 2013. Vol. 76. Pp. 393-399. DOI: 10.1016/j.enconman.2013.07.026
12. Jiao B. Determination of the operation range of a vertical two-phase closed thermosyphon / B. Jiao, L. M. Qiu, Z. H. Gan, X. B. Zhang // Heat and Mass Transfer. 2012. Vol. 48. No 6. Pp. 1043-1055. DOI: 10.1007/s00231-011-0954-x
13. Jouhara H. Experimental investigation of small diameter two phase closed thermosyphons charged with water, FC-84, FC-77 and FC-3283 / H. Jouhara, A. J. Robinson // Applied Thermal Engineering. 2010. Vol. 30. No 2-3. Pp. 201-211. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2009.08.007
14. Kim C. Effect of air-gap fans on cooling of windings in a large-capacity, high-speed induction motor / C. Kim, K.-S. Lee, S.-J. Yook // Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 100. Pp. 658-667. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.02.077
15. Kuznetsov G. V. Numerical analysis of convective heat transfer in a closed two-phase thermosyphon / G. V. Kuznetsov, M. A. Al-Ani, M. A. Sheremet // Journal of Engineering Thermophysics. 2011. Vol. 20. No 2. Pp. 201-210. DOI: 10.1134/S1810232811020081
16. Kuznetsov G. V. Numerical analysis of basic regularities of heat and mass transfer in a high-temperature heat pipe / G. V. Kuznetsov, A. E. Sitnikov // High Temperature. 2002. Vol. 40. No 6. Pp. 898-904. DOI: 10.1023/A:1021437502952
17. Leong K. Y. Performance investigation of nanofluids as working fluid in a thermosyphon air preheater / K. Y. Leong, R. Saidur, T. M. I. Mahlia, Y. H. Yau // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2012. Vol. 39. No 4. Pp. 523-529. DOI: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2012.01.014
18. Noie S. H. Heat transfer characteristics of a two-phase closed thermosyphon / S. H. Noie // Applied Thermal Engineering. 2005. Vol. 25. No 4. Pp. 495-506. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2004.06.019
19. Sobhan C. B. A review and comparative study of the investigations on micro heat pipes / C. B. Sobhan, R. L. Rag, G. P. Peterson // International Journal of Energy Research. 2007. Vol. 31. No 6-7. Pp. 664-688. DOI: 10.1002/er.1285