разделы Холодно
| статья, ответ на вопрос, FAQ
|
|
Net:
Эта прямоуголная гармошка – из стали толщиной где-то 0,5 мм, точечно приваренная к панели с водой. От нее тепла мало, несмотря на площадь контакта с воздухом что-то около квадратного метра.
NetNotebook.Net – это всего лишь делёжка собственным жизненным опытом жизни в морозы.
Самодельный радиатор отопления, как сделать батареи своими руками из профильных труб
Огромное разнообразие радиаторов отопления на современном рынке дает возможность подобрать именно тот вариант, который бы точно обеспечил дом или квартиру необходимым количеством тепла.
Но ситуации в жизни случаются разные, иногда появляется необходимость приобретения дешевого варианта. А можно радиатор изготовить своими руками, тем самым решить проблему.
Что нужно для изготовления?
Самый простой в этом плане вариант – батарея из стальной трубы. В этом случае необязательно использовать новую трубу, можно купить б/у. Главное, чтобы она была в приличном состоянии. Что необходимо для того, чтобы собрать радиатор своими руками?
Из материалов:
- труба диаметром 100 мм;
- труба диаметром 25 мм;
- лист стальной толщиною 3 мм;
- два сгона диаметром 25 мм.
Из инструментов:
- сварочный аппарат;
- болгарка;
- рулетка;
- молоток;
- маркер.
Расчет размеров
Сделать самостоятельно трубный прибор отопления не очень сложно. Но здесь есть один важный момент – правильно провести расчет размеров прибора. Ведь именно от них будет зависеть такой показатель, как теплоотдача.
Необходимые показатели
Расчет непростой, потому что для его проведения требуются некоторые критерии самого помещения. К примеру: площадь остекления, количество входных дверей, какие окна установлены, проведена ли теплоизоляция пола, стен и потолка.
Все это учесть сложно, поэтому существует более простой вариант, в котором учитываются всего лишь два показателя:
- площадь комнаты.
- высота потолка.
Радиатор отопления выбирается из расчета теплоотдачи на 10 м² равным 1 кВт тепловой энергии. Высота потолка не должна превышать 2,8 м.
Как это может помочь при сборке самодельного прибора отопления? Для этого придется провести сравнение с обычным чугунным радиатором марки МС-140-500. Теплоотдача его одной секции – 160 Вт, объем – 1,45 л. Что это нам дает?
Можно точно определить, сколько секций будет необходимо, если использовать чугунный прибор. Из количества секций определяется общий объем теплоносителя, который будет помещаться в одной батарее.
А зная это число, можно приблизительно установить объем трубного радиатора.
Все дело в том, что теплопроводность стали равна 54 Вт/м*К, а чугуна – 46 Вт/м*К. То есть, небольшая погрешность в меньшую сторону не окажет никакого влияния на качество отдачи тепла.
Пример расчета
Условно будем считать, что восьмисекционный чугунный отопительный прибор соответствует вышеописанному соотношению. Его объем – 8х1,45=11,6 л.
Теперь можно подсчитать длину трубы диаметром 100 мм, которую будем использовать для сборки самодельной батареи. Площадь сечения труб стандартная – 708,5 мм². Делим объем на сечение, получаем длину (литры переводим в мм³): 116000:708,5= 1640 мм. Или 1,64 м.
Небольшое отклонение в обе стороны не будет сильно влиять на теплоотдачу. Поэтому можно выбрать или 1,6 или 1,7 м.
Конструкция устройства
Можно использовать трубу такой длины, уложенную под окно, и считать это радиатором. Но лучше разделить ее на две половинки и установить их друг над другом.
Конструкция становится компактной при тех же характеристиках теплоотдачи.
Самодельные радиаторы трехъярусной конструкции потребуют больших затрат и времени на изготовление. Поэтому установка труб в два ряда при такой длине – оптимальный вариант.
Процесс сборки
В первую очередь необходимо подготовиться, т.е. закупить все необходимые материалы. Трубу диаметром 100 мм разрезаем на две половинки длиною по 80 см, для этого можно использовать болгарку.
Далее из труб диаметром 25 мм нарезаем 2 куска длиною по 100 мм, а из стального листа вырезаются 4 блина под внешний диаметр труб 100 мм.
Затем в трубах 100 мм вырезаются по два отверстия диаметром 25 мм – их месторасположение от краев должно быть на расстоянии 50 мм с диаметрально противоположных сторон.
После этого можно собрать конструкцию. Сначала привариваются вырезанные из листового железа блины. Затем две трубы 100 мм соединяются между собой трубой 25 мм, точно по вырезанным отверстиям.
Второй кусок трубы 25 мм приваривается с противоположной стороны, она будет выполнять функции упрочняющего элемента, после чего привариваются два сгона: сверху и снизу.
Проверка прибора
Самодельный радиатор готов. Как видите, сделать его не очень сложно. Остается лишь провести его проверку на герметичность проваренных стыков. Для этого один из сгонов закрывается заглушкой, а через второй заливается внутрь батареи вода.
Теперь необходимо обследовать швы сварки. Если мокрых подтеков нет, то вся работа была проведена качественно. Если пятна все же появились, то придется места подтеков обозначить маркером, слить воду из батареи отопления и пропарить заново шов.
Полезные советы
Если система отопления дома была собрана с учетом использования принудительного движения теплоносителя, то есть в ней установлен циркуляционный насос, тогда самодельный прибор можно устанавливать как угодно (вертикально или горизонтально).
Если в отопительной системе теплоноситель движется по естественным законам, то батарею необходимо монтировать только горизонтально. При этом нет необходимости устанавливать на нее воздухоотводчик (кран Маевского).
Нельзя сделать качественный радиатор из труб, если вы владеете навыками работы сварочным аппаратом на уровне новичка. Проваривать швы надо хорошо, от этого зависит безопасность эксплуатации прибора и всей отопительной системы.
Толщина 100-миллиметровой трубы должна быть минимум 3,5 мм.
Два сгона можно приварить к торцам труб, где были приварены металлические блины. При этом отверстия в торцах делаются не посередине, а со смещением: входной сгон (верхний) ближе к верхнему краю трубы, выходной (нижний) ближе к нижнему краю. Отверстия в блинах лучше сделать заранее, до приварки их к трубам.
При расчете теплоотдачи нет необходимости обращать внимание на площадь отдачи. Понятно, что этот показатель у чугунного радиатора будет больше.
Все это компенсируется высокой теплопроводностью стали.
Сварочные швы нужно очистить и придать им презентабельный внешний вид. Для этого молотком сбиваются окалины и подтеки, а болгаркой шлифуется вся поверхность швов.
Исправление ошибок
Иногда, неправильно произведенные замеры помещения, приводят к неверным расчетам. Установленный радиатор отопления работает неэффективно, в помещении прохладно. Не стоит сразу же бросаться и делать новый прибор, затрачивая и время, и деньги. Есть способ, как можно повысить тепловую отдачу.
Для этого необходимо увеличить площадь нагрева. Единственный в данном случае вариант – приварить к трубной конструкции ребра из металлического листа толщиною 1,0-2,0 мм. Форма ребер может быть разной, главное – их площадь.
Поэтому из листа железа вырезаются, к примеру, прямоугольные куски размерами по длине больше высоты радиатора, по ширине 100-150 мм. В них с одной стороны вырезаются полукруги диаметром 100 мм. На каждом куске листа по два полукруга, расстояние между которыми определяется промежутком между двумя трубами в батарее.
Готовые формы привариваются к отопительной конструкции. Чем их больше, тем выше теплоотдача прибора.
7 веских причин, по которым ваш радиатор не нагревается: как исправить!
6 комментариев / Стивен Рид / Радиаторы / 17 ноября 2022 г. 7 февраля 2023 г.
Последнее обновление 7 февраля 2023 г.
Если радиатор не нагревается, значит, в помещении нет тепла.
Не работает ли один радиатор, два радиатора или более, холодный радиатор означает, что есть проблема с вашим центральным отоплением, которую необходимо устранить.
Более десяти лет занимаюсь ремонтом котлов и систем центрального отопления. Здесь я покажу вам все возможные причины того, что ваш радиатор не нагревается, и способы их устранения.
Содержание
Почему мой радиатор не нагревается?Ваш радиатор не нагревается, скорее всего, по одной из следующих причин:
- Клапан радиатора закрыт
- Воздушная пробка в радиаторе или трубах
- Радиатор нуждается в прокачке
- Радиаторы необходимо отбалансировать
- Клапан радиатора заблокирован
- Радиатор заполнен шламом
- Трубка радиатора не подключена должным образом
Закрытый вентиль радиатора — это простое решение проблемы неработающего радиатора.
Необходимо проверить, полностью ли открыты вентили радиатора.
Клапаны радиатора необходимо повернуть против часовой стрелки до упора, чтобы они открылись.
Другие проблемы с клапаном радиатора могут быть сломаны и застряли в закрытом положении или заблокированы. Возможно, вам придется заменить клапан радиатора.
Клапан термостата на радиаторе также может застрять, и иногда его можно постучать молотком, чтобы освободить его.
Воздушная пробка в радиатореЭто частая причина того, что один или два радиатора не нагреваются, особенно после опорожнения системы.
Всякий раз, когда я сливаю воду из системы центрального отопления и снова заливаю ее, а радиатор не нагревается, это гарантированно происходит из-за воздушной пробки в трубах радиатора.
Чтобы это исправить, необходимо закрыть один из вентилей на всех радиаторах, кроме ненагревающихся.
Это направит тепло к холодным радиаторам и вытеснит воздух.
Затем вы можете снова открыть все остальные вентили радиатора.
Другая причина, по которой радиатор не работает, заключается в том, что он заполнен воздухом и нуждается в прокачке. Верным признаком того, что ему нужна прокачка, является то, что радиатор не нагревается в верхней части.
Удаление воздуха из радиатораЧтобы это исправить, необходимо удалить воздух из радиатора с помощью ключа для удаления воздуха из радиатора, а затем снова создать давление в котле.
Если радиатор не нагревается после прокачки, это означает, что это другая проблема, из-за которой радиатор не нагревается.
Требуется балансировка радиаторовИногда требуется балансировка радиаторов в системе отопления, особенно в больших системах.
Когда радиаторы необходимо сбалансировать, обычно это происходит потому, что один или несколько радиаторов не нагреваются или нагреваются недостаточно.
Тепло можно регулировать и равномерно распределять по системе , частично закрыв запорные клапаны радиатора.
Заблокирован клапан радиатораЗасоренный клапан радиатора приводит к тому, что радиатор не нагревается.
Трудно сказать, заблокирован ли клапан, не снимая его. Вам нужно будет слить воду из системы и снять клапан, чтобы проверить наличие грязи или мусора и очистить его, если вы их видите.
Радиатор, полный шламаРадиатор, не нагревающийся внизу или холодный в середине, является важным признаком того, что радиатор заполнен шламом.
Нагар обычно скапливается на нижней части радиатора и приводит к его охлаждению.
Вам нужно будет промыть систему отопления, чтобы исправить это, или вы можете снять радиатор и промыть его шлангом, если это только один радиатор.
Радиатор неправильно подключен к трубопроводу Новый радиатор не нагревается или нагревается не должным образом, это признак того, что новый радиатор неправильно подключен к трубопроводу или новые трубы радиатора слишком малы.
Например, если вы добавили новый радиатор и подсоединили его тройником к старым 10-миллиметровым патрубкам радиатора для питания нового радиатора, это, скорее всего, приведет к тому, что радиатор не будет работать должным образом.
Если радиатор нагревался, но перестал, то можно исключить неправильное подключение.
Радиатор не нагревается должным образомЕсли ваш радиатор не нагревается должным образом в определенных местах, то наиболее вероятные причины: Радиатор не нагревается в середине – Радиатор заполнен шламом
Электрический радиатор не нагревается не из-за системы центрального отопления. У вас должны быть проблемы с электрикой.
Вот мое предложение помочь с неработающим электрическим радиатором:
- Проверить предохранитель в ответвлении или вилке, подающей питание рядом с радиатором единица)
- Вызовите электрика
Радиаторы вообще не нагреваются, но горячая вода в порядке означает, что, скорее всего, проблема с бойлером на комбинированном котле или может быть внешней части на теплофикационный котел.
Это также может быть воздушная пробка или засор, из-за чего вода не циркулирует и отключает бойлер, но вы можете исключить это на пароконвектомате (если у вас все еще есть горячая вода).
Радиаторы не нагреваются после лета иногда бывает так как отопление не включали месяцами.
При первом включении, особенно на старых котлах, может привести к поломке деталей.
РезюмеПочинить радиатор, который не нагревается, обычно несложно, но иногда приходится терпеть и заменять радиатор.
Если холодный радиатор был горячим раньше, вы можете исключить проблему с трубопроводом, а если вы только что слили воду из системы отопления, то это почти наверняка воздушная пробка.
Первое и самое простое, что нужно проверить:
- Убедитесь, что клапаны радиатора открыты
- Прокачайте радиатор
- Закройте все остальные клапаны радиатора, чтобы проверить наличие воздушной пробки
Не стесняйтесь задавать мне любые вопросы в разделе комментариев ниже, и я постараюсь сделать все возможное помогать.
Пожалуйста, поделитесь этим постом, если он был вам полезен.
Радиатор не нагревается Часто задаваемые вопросы
Должны ли обе трубы на радиаторе быть горячими?
Да, обе трубки на радиаторе должны быть горячими. По одной трубе нагретая вода поступает из котла в радиатор, а по другой трубе выходит нагретая вода. При первом включении отопления у вас будет только одна горячая труба, пока радиатор не нагреется, тогда обе трубы должны быть горячими.
Каковы распространенные проблемы с радиатором?Некоторые распространенные проблемы с радиатором: радиатор не нагревается, протекающий радиатор, холодные точки, шумный радиатор и ржавый радиатор.
Можно ли починить радиатор, не заменяя его? Да, вы определенно можете починить радиатор, не заменяя его. Большинство проблем с радиатором можно устранить, но если ваш радиатор ржавеет, вам, вероятно, следует заменить его.
Автор
Поделиться постом
Исследование рынка радиаторов с петлевыми тепловыми трубками для температурного диапазона 300–550 K
2 Консультант, 401 Valley Court Road, Lutherville, MD 21093
Abstract
Было проведено исследование рынка радиаторов с петлевыми тепловыми трубками (LHP) для радиаторов в 300- Температурный диапазон 550 К. Сначала было проведено тщательное исследование на уровне компонентов, чтобы определить рабочие характеристики LHP в диапазоне температур, особенно в верхней части, где показатель качества начинает снижаться. Было обнаружено, что вода является оптимальной жидкостью для высоких частот, в то время как аммиак был лучшей рабочей жидкостью для температур ниже 350 K. Затем было проведено торговое исследование, в котором варьировались внешний диаметр конденсатора, температура, площадь панели, ширина ребра, толщина ребра и размер ребра. теплопроводность. Сравнение с сопоставимыми радиаторами с тепловыми трубками показывает, что удельная мощность радиаторов LHP может быть на 50 процентов выше при температурах выше 500 K.
Это компенсируется тем фактом, что технология радиаторов LHP гораздо менее развита.
Введение
НАСА заинтересовано в преобразователях цикла Брайтона для ядерных электрических двигателей для миссий, включая предлагаемую миссию Jupiter Icy Moon Orbital (JIMO) (Mason, 2003, Siamidis et al., 2004). Радиатор необходим для рассеивания отработанного тепла, образующегося в процессе преобразования тепла в электричество. Излучаемая мощность составляет от 200 до 800 кВт при температуре радиатора от 300 до 550 К. Мейсон (2003) обсуждает общую концепцию системы. Siamidis (2004) описывает типичную конструкцию радиатора для системы Brayton. Вторичный контур натрий-калий (NaK) с насосом используется для передачи отработанного тепла от силовых преобразователей к радиатору с тепловыми трубками. Передача тепла от NaK к тепловым трубкам осуществляется путем вставки секций испарителя в канал воздуховода NaK. Панель радиатора состоит из ряда тепловых трубок, расположенных между двумя ребрами высокой теплопроводности.
Тепловые трубки передают тепло на ребра, которые излучают отработанное тепло в космос.
Аналогичный радиатор может быть изготовлен с использованием петлевых тепловых трубок вместо тепловых трубок. К преимуществам LHP относятся самовсасывание и возможность проведения наземных испытаний в любом положении. Радиаторы космических кораблей LHP рассматриваются при более низких температурах, с пропиленом или аммиаком в качестве рабочей жидкости (Baker et al., 2004). В то время как водные КТТ были предложены для радиаторов космических аппаратов (Baumann and Rawal, 2001), водяные КТТ все еще требуют значительных разработок.
В этом торговом исследовании изучались радиаторы LHP в диапазоне температур от 300 до 550 K. Это торговое исследование отличается от большинства предыдущих торговых исследований радиаторов тем, что оно начинается с детального проектирования LHP. Ограничения этой схемы учитываются при анализе торговли, а решения, выходящие за пределы LHP, отклоняются. В сопутствующей статье (Anderson and Stern, 2005) рассматриваются аналогичные радиаторы с тепловыми трубками.
Конструкция панели радиатора
Общая компоновка панели радиатора показана на рис. 1. Панель имеет следующее: (1) ряд КТТ титан/вода для передачи тепла от вторичной жидкости к панели радиатора, (2) высокая седла из вспененного графита проводимости для формирования интерфейса между круглой тепловой трубкой и плоским ребром, (3) ребра из композитного материала, армированного графитовым волокном с высокой проводимостью (GFRC), и (4) алюминиевые соты для придания жесткости конструкции.
Конфигурация LHP предполагает, что ряд круглых конденсаторов LHP (со встроенными седлами) встроены в панель радиатора для распределения тепла. В термически активной части панели радиатора используются устойчивые к высоким температурам композиты, армированные графитовым волокном (GFRC). Это полимерный матричный материал, который, по нашему мнению, представляет собой технологически более совершенную альтернативу углерод-углеродным панелям. Углерод-углерод обычно не используется в качестве самонесущей конструкции в панелях легких космических кораблей, потому что в тонких поперечных сечениях он довольно хрупкий, но очень часто используются лицевые панели из стеклопластика с алюминиевым сердечником.
Основное отличие от обычных панелей заключается в том, что для работы панели при температурах до 550 K требуется матрица из высокотемпературной смолы. Дополнительные пояснения по конструкции панели и выбору материалов можно найти в сопутствующей статье (Anderson and Stern, 2005).
Рис. 1. Разрез по панели
Конструкция тепловых труб с контуром
В ходе исследования конструкции и торговли КТТ размеры и свойства испарителя были зафиксированы на текущих размерах для других КТТ аэрокосмической отрасли: наружный диаметр 22 мм. на 300 мм в длину (0,867 дюйма наружного диаметра на 12 дюймов в длину). Аналогичным образом предполагалось, что можно разработать фитиль из соответствующего материала со свойствами, аналогичными существующим фитилям LHP: размер пор 1,2 микрона, проницаемость 1,2 x 10 -14 м 2 . В отличие от конструкций с тепловыми трубками, производительность LHP менее тесно связана с размерами испарителя. Чтобы включить в исследование современные и будущие технологии, были проведены два параллельных набора анализов: один на основе «стандартного» испарителя с пределом мощности 1200 Вт, а другой — с «усовершенствованным» испарителем с пределом мощности 5000 Вт.
Компенсационная камера
В отличие от тепловой трубки, петлевая тепловая трубка не имеет фитиля по всей системе. По этой причине запасы и объемы жидкости должны контролироваться, чтобы гарантировать, что LHP является самовсасывающим, а жидкость всегда находится в контакте с испарителем. Компенсационная камера (соединенная с испарителем вторичным фитилем) используется для подачи жидкости в испаритель, компенсируя изменения объема жидкости в остальной части тепловой трубы.
Детальный проект LHP и коммерческие исследования предполагали сферическую компенсационную камеру с толщиной стенки, определяемой давлением и свойствами материалов, как обсуждалось ранее. Были сделаны стандартные допущения для размеров компенсационной камеры: (1) компенсационная камера заполнена на 10 % при минимальной температуре (300 K для воды, 250 K для аммиака) и (2) компенсационная камера заполнена на 90 % при максимальной температуре. . Для расчетов в качестве максимальной температуры была выбрана самая высокая температура в каждом из 5 диапазонов, т.
е. 550 К для конструкции 525 К.
Для данного LHP объем компенсационной камеры увеличивается с повышением температуры, поскольку она должна выдерживать большее изменение плотности жидкости. Она также увеличивается по мере увеличения длины конденсатора (при заданном диаметре), так как он должен вмещать весь объем конденсатора при максимальной рабочей температуре.
Рабочие жидкости
Потенциальными рабочими жидкостями с титаном являются аммиак и вода. Обе жидкости совместимы с титаном при более низких температурах; В настоящее время проводятся испытания на срок службы с водой, чтобы продемонстрировать совместимость при более высоких температурах (Андерсон и Стерн, 2005 г.).
Очевидно, что вода является предпочтительной рабочей жидкостью в верхней части температурного диапазона. При температуре 375 К это становится немного проблематичным из-за низкого давления пара и высокой скорости пара. Его нельзя использовать при температуре 325 К, где предпочтительным выбором является аммиак.:watermark(5c1ace9e9101dae.ru.s.siteapi.org/watermark/buweklhpo9kcos0kco0408wo8cc4c0,-1,-1,0,15,none)/5c1ace9e9101dae.ru.s.siteapi.org/img/105ca1bc821e311504670608cf44644a20e38983.jpg)
Чтобы более полно охватить переходный диапазон, обе жидкости были также оценены при промежуточной температуре 350 K.
Были разработаны подробные проекты КТТ для аммиака и воды с использованием стандартной модели КТТ Advanced Cooling Technologies. Эти проекты LHP использовались для приблизительного определения размера LHP для торгового исследования и для определения точки пересечения между водой и аммиаком. Типичные результаты показаны на рис. 2 для стандартной мощности 1200 Вт. Аммиачный КТТ имеет меньшую массу при температурах ниже 350 К9.0003
Рис. 2. Стандартный испаритель LHP, жидкость и общая масса LHP для стандартного испарителя мощностью 1200 Вт 27°С) до 550 К (277°С). Обратите внимание, что отдельная тепловая трубка несет примерно 1 кВт, а мощность радиатора колеблется от 200 до 800 кВт, что подразумевает где-то в диапазоне от 100 до 800 отдельных тепловых КТ. Другими словами, каждый LHP будет нести лишь небольшую часть общей мощности панели радиатора. Это означает, что мы можем спроектировать LHP (и связанные с ним ребра) отдельно от остальной системы.
Температурный диапазон был разбит на 5 диапазонов, и разработаны расчеты для средней температуры в каждом диапазоне: 325, 375, 425, 475 и 525 К. Предположения следующие:
- Одномерная передача тепла от КТТ в панель радиатора
- Одномерный теплообмен в панели радиатора
- Температура выше 350 K: титан, рабочая жидкость на воде
- При более низких температурах: Титан, Аммиачная рабочая жидкость
- Коэффициент излучения панели радиатора 0,9
- Каждый LHP и соответствующие ребра радиатора не зависят от всех остальных
- Теплопроводность ребра составляет 2 Вт/м·К за пределами плоскости высокой теплопроводности. Плотность ребра 1,75 г/см 3
- Алюминиевые соты плотностью 0,05 г/см 3
- Пенопластовые седла ориентированы с высокой теплопроводностью в направлении теплового потока.
В торговом исследовании изучалась конструкция при 5 температурах, охватывающих диапазон возможных конструкций радиатора: 325, 275, 425, 475 и 525 K.
300 Вт/м·К Ребра.
Результаты торгового исследования LHP
Производительность и масса радиатора рассчитываются при варьировании следующих независимых переменных:
- Температура: 550, 500, 450, 400, 350, 300 K
- Теплопроводность ребра: 300, 600, 1000 Вт/м·К
- Толщина ребра: от 0,01 до 0,1 дюйма на 0,01 дюйма (от 0,254 мм до 2,54 мм на 0,254 мм).
- Ширина выступающего ребра: от 0,5 до 6 дюймов на 0,5 дюйма (от 1,27 до 15,2 см на 1,27 см).
- Внешний диаметр конденсатора: 1/8, 3/16, 1/4, 5/16 и 3/8 дюйма (0,267, 0,425, 0,584, 0,743, 0,9)02 см в.д.).
- LHP Мощность: 1200 и 5000 Вт
Для каждого случая был рассчитан перепад температуры в системе для фиксированной мощности, а длина конденсатора отрегулирована до тех пор, пока фиксированная мощность не будет излучаться при эффективной температуре оребрения. После того, как длина конденсатора была известна, были рассчитаны размеры и масса системы.
Затем мощность и масса системы использовались для определения удельной мощности. Во время торгового исследования была проверена длина конденсатора, и любые конструкции со слишком большой длиной были отклонены. Максимально допустимая длина конденсатора была меньше (1) 50 м и (2) максимальной длины, определяемой перепадами давления в КТД. Затем результаты сортировались по удельной мощности.
Результаты представлены в таблицах с 1 по 3 и на рисунках с 2 по 5. На рисунках 3 и 4 показана оптимальная удельная мощность радиатора для стандартного и усовершенствованного испарителей с ребрами 300 и 1000 Вт/м·К. Во всех случаях конструкции мощностью 1200 Вт имели более высокую удельную мощность (Вт/кг) по сравнению с конструкциями мощностью 5000 Вт. Это происходит потому, что конструкции мощностью 5000 Вт требуют более длинного конденсатора для отвода тепла. Диаметр конденсатора необходимо увеличить, чтобы компенсировать более длинный конденсатор и более высокие скорости потока. В дополнение к увеличенному объему конденсатора необходимо также увеличить компенсационную камеру и загрузку жидкости; см.
рис. 5.
Таблицы 1 – 3 показывают максимальную удельную мощность для 1200 Вт и теплопроводности с тремя ребрами. Результаты на 5000 Вт не показаны, так как они всегда были хуже результатов на 1200 Вт. Обратите внимание, что масса теплообменника и масса необходимых электронагревателей (и потребляемая мощность) не включены.
Наружный диаметр стенки испарителя (NaK) Температура (K)
Рис. 4. Удельная мощность радиатора LHP, стандартные и усовершенствованные испарители, 1000 Вт/м·K Ребра.
Рис. 5. Диаметр сферической компенсационной камеры LHP, стандартная и повышенная мощности, 300, 600 и 1000 Вт/м K.
Ребра. Усовершенствованные силовые конструкции имеют гораздо большую компенсационную камеру из-за большей длины линии.
Общая ширина ребра (см)
Рис. 6. Торговое исследование LHP – удельная мощность Ширина ребра Венеры, 325 K, 600 Вт/м·K Теплопроводность ребра
Результаты, рассмотренные выше, относятся к максимальной удельной мощности .
Может оказаться желательным использовать расстояние между ребрами, отличное от общей конструкции системы. На рисунках 6 и 7 представлены типичные графики зависимости удельной мощности от ширины ребра. Как правило, самый маленький конденсатор LHP дает наилучшие результаты. Исключение возникает, когда диаметр тепловой трубы настолько мал, что ограничивающим фактором является максимальная длина конденсатора. В этом случае кривая меньшего диаметра часто бывает неполной. Например, диаметр 1/8 дюйма (внутренний диаметр 0,267 см) на рис. 7 намного тяжелее оптимальных конструкций с большим диаметром. Это происходит из-за того, что максимально допустимая длина 1/8-дюймового конденсатора достаточно мала, поэтому только LHP с относительно толстыми массивными ребрами имеют достаточно короткую длину конденсатора. Эти толстые ребра увеличивают массу по сравнению с конструкциями конденсаторов большего диаметра, в которых могут использоваться более тонкие ребра.
Общая ширина ребра (см)
Рис.
7. Торговое исследование LHP – удельная мощность Ширина ребра Venus, 525 K, теплопроводность ребра 600 Вт/м·K.
Наружный диаметр стенки испарителя (NaK) Температура (K)
Рис. 8. Удельная мощность тепловых труб LHP Venus, ребра 300 и 1000 Вт/м K Преимущества контурных тепловых трубок (LHP) по сравнению с тепловыми трубками: (1) фитиль расположен только в испарителе, (2) можно использовать поры меньшего размера, что обеспечивает более высокую производительность насоса, (3) самовсасывающая конструкция, (4) ) Обеспечивают преимущества артерий, сохраняя при этом устойчивость к неконденсируемому газу, и (5) Можно проводить наземные испытания в любом положении. Тепловые трубы могут выдерживать неблагоприятную высоту в один дюйм, в то время как водяные КТТ при более низких температурах работают с неблагоприятной высотой более 10 метров.
В сопутствующем торговом исследовании была рассчитана удельная мощность радиаторов с тепловыми трубками в сопоставимых условиях (Anderson and Stern, 2005).
На рис. 8 сравниваются удельные мощности LHP и тепловой трубы для ребер 300 и 1000 Вт/м·К соответственно. В обоих случаях КТТ имеет значительно более высокую удельную мощность, на 50% выше при температурах выше 500 К. Радиатор КТТ с ребрами мощностью 300 Вт/м·К имеет удельную мощность, сравнимую с
радиатором на тепловых трубках с 1000 Вт/м·К ребер.
Существует ряд потенциальных недостатков: (1) большая компенсационная камера — упаковка, (2) более длинные змеевидные трубки, (3) более сложная интеграция в панель по сравнению с прямыми тепловыми трубками, и (4) требуется замораживание/оттаивание сопутствующее отопление – не включено в указанные выше массы.
Выводы
Была проведена серия коммерческих исследований конструкций полетных радиаторов, работающих при температуре от 300 до 550 K. Торговое исследование началось с детального проектирования LHP, в ходе которого была определена максимально допустимая длина конденсатора. Торговые исследования варьировали теплопроводность ребер, толщину ребер, расстояние между конденсаторами, диаметр конденсаторов, мощность и температуру.
Проекты с мощностью выше, чем может нести LHP, были отклонены. Были исследованы две мощности для стандартного размера испарителя: 1200 и 5000 Вт. КТТ большей мощности имели меньшую удельную мощность из-за необходимости большей компенсационной камеры.
Радиаторы LHP имеют значительно более высокую удельную мощность, чем радиаторы с тепловыми трубками, и должны быть разработаны для включения в будущие радиаторы. КТТ на высокотемпературной воде должны быть разработаны для включения в будущие радиаторы. В то время как радиатор с тепловыми трубками может быть построен с использованием современных технологий, КТТ требуют значительных дополнительных исследований и разработок. Например, необходимо разработать подходящий фитиль, необходимо изучить замораживание/оттаивание и более подробно изучить упаковку компенсационной камеры.
Благодарности
Это исследование спонсировалось Исследовательским центром Гленна НАСА по контракту NNC04CA32C. Дуэйн Бич был техническим наблюдателем.
ССЫЛКИ
Андерсон, В. Г., и Стерн, Т., «Исследование торговли водяными тепловыми трубками для температурного диапазона 300–550 К», в материалах Международного форума космических технологий и приложений (STAIF-05), под редакцией M. S. El-Genk, American
Institute of Physics, Melville, New York, 2005.
Baker, C.L., et al., «Геонаучная лазерная альтиметрическая система (GLAS) Отчет о полете на орбите тепловых трубок с пропиленовым контуром (LHP) », Международный форум космических технологий и приложений (STAIF-04), под редакцией М. С. Эль-Генка, Американский институт физики 699, Мелвилл, Нью-Йорк, 2004, стр. 88-95.
Бауманн, Дж., и Равал, С., «Жизнеспособность петлевых тепловых трубок для применения космической солнечной энергии», 35-я теплофизическая конференция AIAA (2001 г.), http://www.crtech.com/docs/papers/AIAA2001- 3078.pdf, по состоянию на 3 ноября 2004 г. Мейсон, Л.С., «Концепция преобразования энергии для орбитального аппарата Юпитер-ледяная луна», NASA/TM-2003-212596, 2003 г.