Файл: Тепловые трубки.docx

Оглавление 2

План выполнения проекта 3

Введение 4

Цель и задачи проекта 5

Предыстория 6

Определяем эффективность кулера с тепловыми трубками 7

О тепловых трубках простым языком 10

Какими бывают тепловые трубки? 12

Можно ли чем-то заменить тепловые трубки? 13

Как же работает термосифон? 13

Появление термосифоном и их официальное признание. 13

Некоторые характеристики ТТ 14

Конструкция тепловых трубок 15

Корпус 15

Рабочая жидкость 15

Капиллярно-пористый материал (фитиль) 15

Разработка тепловых трубок 16

Зона испарения 16

Зона конденсации 16

Рабочая жидкость 17

КПМ (фитиль) 17

Процесс охлаждения 17

Порошок из меди 18

Эксперимент 20

Заключение 23

Глоссарий 24

Список литературы 25

План выполнения проекта

Этап работы	Вид деятельности	Сроки выполнения
Подготовительный	Выбор темы проекта, источников литературы, составление плана	Октябрь 2021 г.
Подготовительный	Постановка целей и задач проекта. Определение методов	Ноябрь 2021 г.
Технологический	Сбор материала. Изучение теоретической части и ее описание.	Декабрь 2021 г.
	Проведение исследования. Практическая часть (обработка материалов).	Январь 2022г.
	Описание основной части. Представление результатов исследования и в виде слайдов.	Февраль 2022г.
	Представление практической работы в виде таблиц, графиков м вмдеороликов.	Март - Май 2022 г.
Заключительный	Систематизация и обобщение результатов.	Июнь - Октябрь 2022 г.
Заключительный	Оформление результатов работы в соответствии с требованиями. Разработка презентации.	Июнь - Октябрь 2022 г.

Введение

Тепловая трубка (англ. heatpipe) — элемент системы теплообмена, принцип работы которого основан на том, что в закрытых трубках из теплопроводящего металла (например, меди) и других материалов находится легкокипящая жидкость. Перенос тепла происходит за счёт того, что жидкость испаряется на горячем конце трубки, поглощая теплоту испарения, и конденсируется на холодном, откуда перемещается обратно на горячий конец.

Тепловые трубки бывают двух видов: гладкостенные и с пористым покрытием изнутри. В гладкостенных трубках сконденсировавшаяся жидкость возвращается в зону испарения под действием исключительно силы тяжести — иными словами, такая трубка будет работать только в положении, когда зона конденсации находится выше зоны испарения, а жидкость имеет возможность стекать в зону испарения. Тепловые трубки с наполнителем (фитилями, керамикой и т. п.) могут работать практически в любом положении, поскольку жидкость возвращается в зону испарения по его порам под действием капиллярных сил, а сила тяжести в этом процессе играет незначительную роль.

Материалы и хладагенты для тепловых трубок выбираются в зависимости от условий применения: от жидкого гелия для сверхнизких температур до ртути и даже индия для высокотемпературных применений. Однако большинство современных трубок в качестве рабочей жидкости используют аммиак, воду, метанол и этанол.

Алюминиевый радиатор с тепловыми трубками

Цель и задачи проекта

Актуальность темы:

сегодня учащиеся используют каждый день компьютеры и планшеты в которых установлены системы охлаждения на тепловых трубках, но не знают, как работает подобная система охлаждения;

Цель:

восполнить недостаток знаний учащихся школы в вопросе охлаждения процессоров;
исследование тепловых трубок и их предназначение.

Задачи:

изучить теоретические материалы по данной теме;
донести информацию о тепловых трубках учащимся старших классов школы;

Гипотеза:

системы охлаждения на тепловых трубках эффективнее обычных систем охлаждения без использования тепловых трубок;

Объект исследования:

радиаторы охлаждения процессора компьютера на тепловых трубках и без них;

Предмет исследования:

система охлаждения процессора компьютера.

Предыстория

Впервые идея тепловой трубы предложена Гоглером из американской фирмы General Motors Corporation (GMC). В патентной заявке от 21 декабря 1942 г., опубликованной как Патент США № 2350348, 6 июня 1944 г., тепловая труба описывается применительно к холодильной установке. Патент Гровера включает в себя небольшой теоретический анализ процесса и содержит описание результатов экспериментов, проведенных с трубами из нержавеющей стали с фитилями из проволочной сетки и натрием в качестве рабочей жидкости, причем в качестве возможных рабочих жидкостей упомянуты еще также литий и серебро.

В качестве средства возврата жидкости из конденсатора в испаритель была предложена капиллярная структура, и, в частности, Гоглер полагал, что одним из вариантов такой структуры мог бы быть спеченный из порошка железный фитиль. Интересно отметить, что во всех трех вариантах для потока пара отведена сравнительно небольшая часть поперечного сечения трубы.

Определяем эффективность кулера с тепловыми трубками

Это подопытный кулер SE-224M.

Итак, судя по внешнему виду, все четыре трубки герметичны и из них был откачан воздух, так как концы трубок развальцованы. Устанавливаем кулер на стенд и измеряем температуру основания теплосъёмника в зависимости от рассеиваемой мощности и оборотов вентилятора.

Номинальные характеристики зафиксированы.

Трубки пока еще целые и невредимые.
Теперь будем пилить. Для начала была разгерметизирована одна трубка:

Внутри трубки можно увидеть пористую структуру.

Именно пористая структура позволяет жидкости под действием капиллярных сил перемещаться по трубке не зависимо от её положения в пространстве.

О тепловых трубках простым языком

Для примера возьмём бокал с небольшим количеством воды и поставим на плиту. В алюминиевую крышечку положим немного льда. Включаем конфорку и удивляемся) вода не закипит, пока не растопится лёд. Так как это происходит? Водяной пар конденсируется на холодной алюминиевой крышке и стекает обратно в стакан в виде холодной воды, благодаря чему вода и не может закипеть.

Именно по такому принципу и устроены тепловые трубки, широко применяющиеся для охлаждения компьютеров. Разница только в том, что из промышленных образцов откачан воздух и вода в них закипает при более низкой температуре, градусах при тридцати. Второе принципиальное различие в том, что в тепловых трубках применяется капиллярный эффект, для того, чтобы система охлаждения могла работать в любом положении. Как это происходит?

Вот так работает классический термосифон, прародитель современных тепловых трубок. Снизу источник тепла, сверху – охладитель. Жидкость испаряется и образуется пар, который поступает в охладитель, где конденсируется, и превратившись в холодную воду стекает вниз, под действием сил гравитации. Если такую конструкцию перевернуть вверх ногами, то увы, ничего работать не будет…

Так как заставить тепловую трубку работать вверх ногами, как сделать так, что жидкость будет перемещаться наперекор силам гравитации?

Эта проблема была решена поистине гениальным и очень простым способом. В этом нам помог капиллярный эффект, при котором жидкость, как известно, может подниматься вверх. Для этого во внутрь тепловой трубки запихивают обычный фитилёк, по которому и поднимается охлаждённая жидкость вверх, где она снова испаряется при нагреве. Иллюстрацию этого процесса видно на картинке. Коричневым цветом изображен фитилёк, по которому рабочее тело (жидкость) поднимается к зоне испарения.

Западный производитель тепловых трубок использует для фитиля обычную проволоку в дешевых изделиях. Одну из трубочек устройства я сломал ради интереса) фитиль сделан из обычной медной проволоки, очень напоминает оплётку от экранированного провода.

Какими бывают тепловые трубки?

Бывают трубки, которые могут выдерживать и температуру от -200 до +1000 и более градусов. Такие трубки заправляют естественно не водой. Если во внутрь засунуть алюминий, то такой прибор будет работать и при температуре 2000 градусов.

Можно ли чем-то заменить тепловые трубки?

Чём же можно заменить? К примеру, возьмём толстый медный стержень. Нет, нельзя. Потому что скорость и мощность теплопередачи в сотни раз превышает теплообмен того же медного стержня. Чтобы произвести замену понадобится медный пруток толщиной и шириной с руку взрослого человека. Если взять обычную металлическую трубку, налить в нее немного воды, практически полностью откачать из нее воздух (это очень важно, не откачанный воздух будет мешать парообразованию и быстрому движению пара), и герметически закрыть ее с обеих сторон, то мы получим простейшую тепловую трубу, которая называется термосифоном, и идеально работает при вертикальном расположении.