Что такое тепловая трубка и как она работает в управлении температурой? (часть 1 из 2)

Опубликовано 6 апреля 2011 автором | Оставить комментарий

Тепловые трубки называют тепловыми сверхпроводниками! В этой серии из двух частей мы поговорим о том, что такое тепловые трубки, как они сделаны, сравним их с радиаторами и поговорим о производительности в различных приложениях управления температурой.

Рисунок 1. Схематическое изображение тепловой трубы [1]

Тепловые трубы представляют собой транспортные механизмы, способные переносить тепловые потоки мощностью от 10 Вт/см2 до 20 кВт/см2 с очень высокой скоростью. По существу, их можно рассматривать как сверхпроводники тепла. Тепловые трубы можно использовать либо как средство для передачи тепла из одного места в другое, либо как средство для изотермического распределения температуры.

Первая тепловая трубка была испытана в Лос-Аламосской национальной лаборатории в 1963 году. С тех пор тепловые трубки использовались в таких разнообразных устройствах, как портативные компьютеры, космические корабли, машины для литья пластмасс под давлением, медицинские устройства и системы освещения.

Принцип работы тепловой трубы показан на рисунке 1.

Тепловая труба состоит из трех частей: испарителя, адиабаты и конденсатора. Внутренняя часть трубы покрыта фитилем, и труба частично заполнена жидкостью, такой как вода. Когда секция испарителя (L _e ) подвергается воздействию источника тепла, жидкость внутри испаряется, и давление в этой секции увеличивается. Повышенное давление заставляет пар течь с большой скоростью к секции конденсатора тепловой трубы (L _c ). Пар в секции конденсатора отдает тепло встроенному радиатору и снова превращается в жидкость за счет передачи скрытой теплоты парообразования конденсатору. Затем жидкость перекачивается обратно в испаритель за счет капиллярного действия фитиля. Средняя часть тепловой трубы (L _a ), адиабатическая часть имеет очень маленькую разность температур.

Рисунок 2. Распределение перепада давления в тепловой трубе [1]

На рис. 2 показано распределение перепада давления внутри тепловой трубы. Чтобы капиллярная сила гнала пар, капиллярное давление фитиля должно превышать разницу давлений между паром и жидкостью в испарителе. График также показывает, что если тепловая трубка работает против силы тяжести, жидкость подвергается большему падению давления. Результатом является меньшая прокачка фитиля с уменьшением теплопередачи. Величина снижения теплопередачи зависит от конкретной тепловой трубы.

Типичная тепловая трубка состоит из следующих материалов:

1. Металлическая труба: Металл может быть из алюминия, меди или нержавеющей стали. Он должен быть совместим с рабочей жидкостью, чтобы предотвратить химические реакции, такие как окисление.
2. Рабочая жидкость : На сегодняшний день используется несколько типов жидкостей. К ним относятся метан, вода, аммиак и натрий. Выбор жидкости также зависит от диапазона рабочих температур.
3. Фитиль: Структура фитиля бывает разных форм и материалов. На рис. 3 показаны профили распространенных типов фитилей: осевой канавки, тонкого волокна, ситовой сетки и спекания. Каждый фитиль имеет свои особенности. Например, осевая канавка имеет хорошую проводимость, плохой поток против силы тяжести и низкое тепловое сопротивление.
   И наоборот, фитиль для спекания имеет превосходную текучесть в направлении, противоположном силе тяжести, но обладает высокой термостойкостью.

Рис. 3 Различные структуры фитиля

На этом первая часть заканчивается, а во второй части мы рассмотрим факторы, которые могут ограничивать эффективность тепловых трубок, различия в тепловых характеристиках различных типов тепловых трубок и сопротивление растеканию различных материалов.

У вас есть вопрос о тепловых трубах или их применении? Как насчет заинтересованности в привлечении команды опытных инженеров-теплотехников ATS к одному из ваших проектов? Вы можете связаться с нами, посетив http://www.qats.com. Приобретите радиаторы в нашем интернет-магазине радиаторов, напишите нам по адресу ats-hq@qats. com или позвоните нам по телефону 781-769.-2800

Ссылки:
1. Faghri, A. Наука и технология тепловых труб Taylor & Francis, 1995.
2. Thermacore International, Inc., www.thermacore.com.
3. Сюн, Д., Азар, К., Тавоссоли, Б., Экспериментальное исследование гибрида

управление температурным режимом. Добавьте постоянную ссылку в закладки.

• Поиск в блоге ATS

• Поиск по категории статей

  Поиск по статье КатегорияВыбрать категориюАктивные  (6)Воздушное охлаждение  (2)Анализ  (18)Конференция АТЭС  (5)Новости ATS  (41)Автомобили  (6)Охлаждение аккумуляторов   (2)Биотехнологии  (1)Кабинетные   (6)Примеры внедрения  (26) CFD  (20)Шасси  (5)зажим  (1)Холодовые цепи  (1)Холодные пластины  (23)Консалтинг  (31)охлаждение  (25)Новости охлаждения  (5)центр обработки данных  (15)Преобразователь постоянного тока  (4)Распределение  (1) Централизованное охлаждение  (2)Инженерия  (26)Разговор по инженерии и науке  (27)Визит студента-инженера  (1)Вентилятор  (15)Подставка для вентилятора  (4)Вентиляторы  (18)Геотермальное охлаждение  (1)Смазка  (2)Большие события в Бостоне  (1) тепло (7)Теплообменники (9)тепловая трубка  (23)радиатор  (89)крепление радиатора   (28)зажим радиатора  (9)конструкция радиатора  (14)материал радиатора  (12)радиаторы  (92)распределители тепла  (9)теплообмен  (6) Праздники  (1)Инструкции  (10)Как выбрать радиатор  (3)IC  (1)Модули IGBT  (2)Промышленность  (3)Новости отрасли  (1)Приборы  (23)Intel  (2)Стажировка  (1)Jet Impingement (2)LED  (27)Жидкостное охлаждение  (48)Макроканалы  (2)Производство  (10)Маркетинг в действии  (2)Massachusetts Tech  (3)материалы  (4)Медицина  (6)MEPTEC The Heat is On (1)микроканалы радиатор  (4)Микроканалы  (12)Военные  (3)Моделирование  (7)Нанотехнологии  (6)Национальный день теплотехника  (1)Новый продукт  (1)Атомная энергетика  (1)Разгон  (1)Пассивное охлаждение  (2)Печатная плата (19)PCIe  (1)труба  (2)полимеры  (1)Силовая  (6)Силовая электроника  (2)Основные характеристики продукции  (14)Объяснения Qpedia  (1)Qpedia Thermal eMagazine  (47)Рециркуляционные чиллеры  (2)охлаждение  (3)Возобновляемая энергия ( 1)РЧ (2)полупроводник (7)Датчик (6)Серверы (8)SFP/QSFP (3)Моделирование (7)приемник (6)Skive (1)Программное обеспечение (2)Солнечная энергия (1)Твердотельные накопители ( 1) Термография поверхности (1) Синтетическая струя (2) ТЭЦ (3) Термический анализ (12) Термический анализ (44) Тепловое проектирование (67) Тепловые электронные охладители (7) Тепловое проектирование (11) Термопаста (4) Тепловизионные камеры ( 1)Новости тепловой индустрии  (5)Материал теплового интерфейса  (29)тепловое управление  (95)Тепловые исследования  (30)Температурное сопротивление  (2)Тепловедение  (24)Термопары  (2)Термоэлектрические охладители  (1)Термосифон  (1)Обучение  (15)Без категории  (48)Паровая камера  (11)Веб-семинар (55 )Широкозонные материалы  (1)Ветровая энергия  (1)Аэродинамическая труба  (4)

• Поиск по названию статьи

  Поиск по названию статьи Выберите месяц Ноябрь 2022 (1) Сентябрь 2022 (2) Август 2022 (1) Июль 2022 (1) Июнь 2022 (1) Май 2022 (2) Апрель 2022 (2) Март 2022 (5) Февраль 2022 (6) Январь 2022 ( 7) декабрь 2021 г. (1) ноябрь 2021 г. (1) октябрь 2021 г. (3) август 2021 г. (1) июль 2021 г. (2) апрель 2021 г. (3) март 2021 г. (3) январь 2021 г. (3) декабрь 2020 г. (2) ноябрь 2020 г. ( 4) Октябрь 2020 г. (1) Сентябрь 2020 г. (1) Июнь 2020 г. (3) Февраль 2020 г. (1) Январь 2020 г. (1) Октябрь 2019 г.(1) сентябрь 2019 г. (1) август 2019 г. (1) июнь 2019 г. (3) май 2019 г. (1) апрель 2019 г. (7) март 2019 г. (5) февраль 2019 г. (5) январь 2019 г. (3) декабрь 2018 г. (3) ноябрь 2018 г. (2) октябрь 2018 г. (2) сентябрь 2018 г. (5) август 2018 г. (2) июль 2018 г. (5) июнь 2018 г. (3) май 2018 г. (1) апрель 2018 г. (2) март 2018 г. (4) февраль 2018 г. (2) январь 2018 г. (3) ноябрь 2017 г. (2) октябрь 2017 г. (3) сентябрь 2017 г. (3) август 2017 г. (5) июль 2017 г. (5) июнь 2017 г. (4) май 2017 г. (2) апрель 2017 г. (2) март 2017 г. (4) февраль 2017 г. (2) январь 2017 г. (2) декабрь 2016 г. (5) ноябрь 2016 г. (3) октябрь 2016 г. (6) сентябрь 2016 г. (4) август 2016 г. (2) июль 2016 г. (3) июнь 2016 г. (1) май 2016 г.
  (1) апрель 2016 г. (2) март 2016 г. (5) февраль 2016 г. (1) январь 2016 г. (1) декабрь 2015 г. (4) сентябрь 2015 г. (1) август 2015 г. (2) июль 2015 г. (3) июнь 2015 г. (1) май 2015 г. (2) апрель 2015 г. (2) март 2015 г. (7) февраль 2015 г. (5) январь 2015 г. (5) декабрь 2014 г. (1) ноябрь 2014 г. (1) октябрь 2014 г. (1) сентябрь 2014 г. (3) август 2014 г. (2) Июль 2014 г. (3) Июнь 2014 г. (2) Май 2014 г. (2) Апрель 2014 г. (2) Март 2014 г. (6) Февраль 2014 г. (1) Январь 2014 г. (3) Декабрь 2013 г. (3) Ноябрь 2013 г. (1) Октябрь 2013 г. (4) Сентябрь 2013 г. (4) Август 2013 г. (3) Июль 2013 г. (6) Июнь 2013 г. (4) Май 2013 г. (4) Апрель 2013 г. (1) Март 2013 г. (2) Февраль 2013 г. (3) Январь 2013 г. (3) Декабрь 2012 г. (5) Ноябрь 2012 г. (5) Октябрь 2012 г. (1) Сентябрь 2012 г. (1) Июль 2012 г. (4) Июнь 2012 г. (4) Май 2012 г. (5) Апрель 2012 г. (4) Март 2012 г. (4) Февраль 2012 г. (6) Январь 2012 г. (4) Декабрь 2011 (8) Ноябрь 2011 (6) Октябрь 2011 (7) Сентябрь 2011 (1) Август 2011 (8) Июль 2011 (5) Июнь 2011 (16) Май 2011 (6) Апрель 2011 (10) Март 2011 (8) Февраль 2011 г.
   (7) Январь 2011 г. (9) декабрь 2010 (4) ноябрь 2010 (15) октябрь 2010 (12) сентябрь 2010 (17) август 2010 (18) июль 2010 (26) июнь 2010 (24) май 2010 (28) апрель 2010 (35) март 2010 (40) ) февраль 2010 г.  (13)

• Поиск по ключевому слову

  Поиск:

• Поиск по тегу

  Advanced Thermal Solutions расход воздуха САР азар CFD холодные тарелки Консалтинг конвекционное охлаждение образование электроника охлаждение электроники инженерия Вентилятор Характеристики вентилятора теплообменники тепловая труба тепловые трубы радиатор радиатор прикрепить дизайн радиатора радиаторы теплопередача Каве Азар ВЕЛ Светодиодное освещение жидкостное охлаждение максиФЛОУ инженер-механик Норман Кенель печатная плата QPedia qpedia тепловой журнал измерение температуры термический анализ тепловая характеристика теплопроводность тепловой расчет теплотехника материал теплового интерфейса управление температурным режимом тепловые исследования тепловое сопротивление обучение видео вебинар

Основы тепловых трубок – объяснение их истории, принципа действия и разновидностей | Колонна | Решения/Продукты/Услуги

Что такое тепловые трубы, как они работают и какие разновидности существуют?

Тепловые трубы характеризуются способностью быстро передавать большое количество тепла даже при относительно небольшом перепаде температур, не требуют источника питания и имеют длительный эксплуатационный срок. Кроме того, поскольку они могут отводить тепло от источников тепла, которые расположены там, где его трудно рассеять, их использование растет в стратегиях управления теплом электронных устройств, размеры которых постоянно уменьшаются, а плотность увеличивается.

См. 11 связанных полей

• Прецизионные устройства и компоненты

ИНДЕКС

Обзор и история тепловых трубок

Тепловые трубки — это компоненты рассеивания тепла, которые способны относительно быстро передавать тепло из одного места в другое за счет использования явления тепловой энергии (скрытой теплоты), поглощаемой при переходе жидкости в газообразное состояние и выделяющейся при переходе газа в газообразное состояние. переходит в жидкое состояние. С жидкостью (называемой рабочим телом), запечатанной внутри металлической трубы, что позволяет работать без использования внешней энергии, тепловые трубы обладают длительным сроком службы. В общем, когда разница температур между источником и местом назначения невелика, компоненты и устройства рассеивания тепла не очень эффективны, но тепловые трубы могут работать относительно хорошо даже в таких условиях. Их теплопроводность (легкость теплопередачи) может быть на порядок больше, чем у меди или серебра, уже известных своей высокой теплопроводностью, и даже может превышать теплопроводность алмаза, имеющего самую высокую теплопроводность из всех материалов. .

Патент на тепловую трубку был подан в Соединенных Штатах в 1942 г., но название «тепловая трубка» не применялось до 1963 г. В конце 1960-х НАСА использовало тепловые трубки для управления Примерно в то же время начали развиваться другие различные области применения тепловых трубок.

В Японии теплообменники, в которых использовались тепловые трубки, были разработаны для котлов и осушителей из-за потребности в экономии энергии, возникшей в результате первого нефтяного кризиса 1970-х годов. Начиная с 1978 с использованием тепловых трубок производителем электроники для управления теплом мощных транзисторов в аудиоусилителях применение и использование тепловых трубок увеличилось в 1980-х годах в области электроники, такой как инверторы. Миниатюрные тепловые трубки были впервые использованы для управления теплом ЦП в портативных ПК в 1994 году, и с тех пор использование миниатюрных тепловых трубок для этой цели только увеличилось в ЦП и других компонентах, которые генерируют высокий уровень тепловыделения в портативных ПК. С более поздним появлением компактных высокопроизводительных устройств связи, таких как смартфоны, также появились тепловые трубки с еще меньшими профилями.

Структура и механизмы тепловых трубок

Тепловые трубы состоят из металлических труб из меди, алюминия или других металлов с высокой теплопроводностью, внутри которых запаяно небольшое количество жидкости, называемой рабочим телом (например, чистая вода), и капиллярная структура (фитиль). Внутри создается вакуум для герметизации рабочей жидкости и ее паров, облегчения процесса парообразования и конденсации.

Когда один конец тепловой трубы находится в контакте с источником тепла, ее рабочая жидкость испаряется, поглощая при этом скрытую теплоту, и образующийся пар перемещается в более низкотемпературный участок трубы. Рабочее тело в области с относительно низкой температурой конденсируется, выделяя тепло, и возвращается в жидкое состояние. Это механизм, с помощью которого тепло переносится (т. Е. Переносится) из области с высокой температурой в область с низкой температурой. Эта рабочая жидкость, сконденсировавшаяся в жидкую форму, возвращается к источнику тепла через фитиль в процессе капиллярного действия. Этот цикл испарения, сжижения и переноса рабочей жидкости происходит очень быстро и непрерывно. Система не требует ни питания, ни обслуживания, не требует эксплуатационных расходов и может работать в течение длительного периода времени.

Структура и механизмы тепловых трубок

Варианты тепловых трубок

Тепловые трубки, как правило, имеют форму длинных тонких цилиндров (трубок) определенного размера, но поскольку в последнее время электронные устройства стали меньше, тоньше и легче, мы наблюдаем все больше таких случаев. производимых тепловых труб компактной и тонкой (сплюснутой, как сплющенная труба) формы. В общем, факторами, которые положительно влияют на способность проводить тепло, являются большой диаметр трубы, она более круглая, чем сплющенная, и не изогнутая, а не изогнутая, но чем больше труба, тем больше места она занимает и тем тяжелее. Целесообразно выбрать продукт, который является наиболее оптимальным с учетом таких соображений, как тепло, выделяемое источником тепла, и конкретное применение. Вот некоторые из вариантов тепловых трубок.

Варианты рабочей жидкости

・Вода (Чистая вода)
Наиболее часто используемая рабочая жидкость в тепловых трубках, используемых для электронных устройств
Диапазон рабочих температур: комнатная температура примерно до 200 ℃ (не может использоваться в средах, где температура достигает 0 ℃ или ниже)

・Этанол
Может использоваться при температурах, при которых вода замерзает
Диапазон рабочих температур: приблизительно от -10 ℃ до более 100 ℃

・Нафталин
Может использоваться (только) при высоких температурах, когда нельзя использовать воду
Диапазон рабочих температур: приблизительно от 200℃ до 400℃

Варианты материалов труб

・Медная труба
Медная труба легко сгибается и сплющивается в процессе производства
Легко доступны изделия самых разных размеров

・Алюминиевая труба
Малый вес, так как сам алюминий легче меди
Даже легче обрабатывать в производстве, чем медь

・Труба из нержавеющей стали
Может использоваться с нафталиновой рабочей жидкостью.
Немного сложно перерабатывается в производстве из-за того, что он тяжелее меди и алюминия.

В качестве альтернативы теперь доступны испарительные камеры в форме листа, которые имеют даже более тонкий профиль, чем тепловые трубы. В отличие от тепловых трубок, которые просто передают тепло между двумя областями «линейным» образом, испарительные камеры добавляют возможность распространять тепло вокруг окружающих областей «плоским» способом. Кроме того, при использовании тепловых труб источник тепла обычно размещается физически ниже, чем радиатор (компонент рассеивания тепла), в противном случае система не работает эффективно, тогда как у испарительных камер таких ограничений нет.

Еще одно ценностное предложение паровых камер над тепловыми трубками

Тепловые трубки и испарительные камеры работают по одному и тому же фундаментальному принципу работы и имеют одинаковую теплопроводность, но состав металлических труб тепловых трубок затрудняет их установку в ограниченном пространстве, а их большой вес делает их нежелательными. для электронных устройств, которые должны быть максимально легкими. В этом преимущество испарительных камер. Они легкие по весу, а при толщине менее 1 мм могут быть очень тонкими.

Испарительные камеры представляют собой тонкие листовые компоненты для рассеивания тепла, изготовленные из металла. У них очень высокая теплопроводность, а принцип их работы такой же, как и у тепловых трубок. Как правило, испарительные камеры, в которых используются сетки, имеют тонкую капиллярную структуру (фитиль), содержащуюся внутри и заполненную рабочей жидкостью, такой как чистая вода. С другой стороны, внутренняя капиллярная структура испарительной камеры DNP характеризуется чрезвычайно тонкой и точной формой с использованием технологии травления. Когда один конец паровой камеры находится в контакте с источником тепла, ее рабочая жидкость испаряется, поглощая при этом скрытую теплоту, и образующийся пар перемещается в область с более низкой температурой, где отдает тепло и возвращается в жидкую форму.