Rury cieplne.pdf

(650 KB) Pobierz

okl mt 10-2007 pomocnicze.qxd

jak to działa

wał Amerykanin G.M. Grover i użył go do opisu

swojego patentu na to rozwiązanie 02.12.1963 r.

W następnych latach, w laboratorium w Los

Alamos, przeprowadzono całą serię eksperymental-

nych badań różnych rodzajów rur cieplnych. Znamien-

ny jest wzrost liczby publikacji na ten temat: w 1964

– 1 artykuł, w 1968 – 80, w 1970 – 149, w 1972 – 544.

W 1973 roku w Stuttgarcie odbyła się pierwsza

międzynarodowa konferencja, poświęcona w całości

rurom cieplnym. W 1965 roku analizowano wykorzys-

tanie rur cieplnych w energetyce jądrowej, a w 1967

rurę cieplną zastosowano do regulacji temperatury

we wnętrzu satelity Geos-B.

Przytoczenie tych faktów uświadamia, jak szyb-

ko dziś rozprzestrzenia się wiedza i jak błyskawicznie

ogarnia odległe rejony zastosowań. Jest także ostrze-

żeniem: jak szybko umykają nam kraje zaawansowa-

ne w wyścigu do nowoczesności!

część rury z cieczą to strefa parowania, górna – strefa

skraplania. Jeżeli doprowadzić ciepło do dolnej części

rury, to dzięki próżni ciecz bardzo szybko wyparuje

i przemieści się w górne rejony rury, gdzie podlega

skraplaniu. Skroplona ciecz spływa po ściankach rury

do strefy parowania i tak w kółko.

Co w tym więc dziwnego? Niby nic, ale jeśli

rozważymy różne sposoby transportu ciepła, to op-

rócz metody przepompowywania gorącego czynnika

grzewczego – jak w centralnym ogrzewaniu – mamy

tylko przenoszenie przez promieniowanie, konwekcję

i przewodzenie. Pompowanie – to rozwiązanie „siło-

we”, pozostałe zaś nie są zbyt efektywne. Efektyw-

ność tę można podnieść, wykorzystując przemiany fa-

zowe: cieczy w parę i pary w ciecz. Pobór ciepła, jego

transport i oddawanie dzięki skraplaniu – to procesy

stosunkowo szybkie i obywające się bez pomp i silni-

ków. Zasadnicza różnica pomiędzy przewodzeniem

ciepła, które można nazwać „naturalnym”, a rurą

Rury cieplne

Kazimierz Topór

Najwyższy czas, żeby przyjrzeć się tym tajem-

niczym rurom bliżej. Dla zrozumienia zasady ich dzia-

łania może posłużyć tzw. termosyfon, będący w pew-

nym sensie prototypem rury cieplnej. Jego budowa

jest prosta – głównym elementem jest pionowa ru-

ra, do której wprowadza się niewielką ilość płynu,

wypompowuje się powietrze do poziomu tzw. „tech-

nicznej próżni” i zasklepia obydwa końce. Dolna

1

cieplną polega więc na tym, że – wnikając nieco

w molekularną budowę materii, możemy powiedzieć,

że w procesie przewodnictwa ciepła mamy do czynie-

nia ze stopniowym przekazywaniem energii cieplnej

„od cząsteczki do cząsteczki”, a w rurze cieplnej te

rozgrzane cząsteczki całe wędrują wraz ze swym ła-

dunkiem ciepła.

Ta pionowa rura to był jednak tylko „termosy-

fon”, a więc jeszcze nie prawdziwa rura cieplna. Ter-

mosyfon wymaga odpowiedniego usytuowania rury,

a to nie zawsze można zapewnić – chociażby w sate-

licie. Należało więc wymyślić jakiś sposób transportu

kondensatu do strefy parowania. Oczywiście powi-

nien to być sposób jak najprostszy, bez pomp itp.

urządzeń.

Sposób taki wymyślono i opatentowano jeszcze

przed Groverem – w 1944 r. Zrobił to Hogler, który

opatentował nieco inny typ rury cieplnej, w której

zastąpił siły grawitacji siłami napięcia powierzchnio-

wego, czyli prościej mówiąc, zastosował włoskowate

kapilary . Oczywiście łatwiej powiedzieć – trudniej

wykonać. Nie bardzo mogły się tu przydać zwykłe,

znane jeszcze z lamp naftowych knoty. Trzeba było

sięgnąć po technologię spiekanych proszków metali,

która pozwala uzyskać porowatą strukturę, dającą za-

korpus

1

strefa kondensacji

powrót kondensatu (wody)

2

para

ciecz-woda

Metal wykazujący największą przewodność

cieplną, to:

32

strefa parowania

a) srebro

b) stal

c) miedź

S am termin: „rura cieplna” (heat pipe) zapropono-

15898873.248.png

15898873.259.png

15898873.270.png

15898873.281.png

15898873.001.png

15898873.012.png

15898873.023.png

15898873.034.png

15898873.045.png

15898873.056.png

15898873.067.png

15898873.078.png

15898873.089.png

15898873.100.png

15898873.111.png

15898873.122.png

15898873.133.png

15898873.144.png

15898873.155.png

15898873.166.png

15898873.177.png

15898873.188.png

15898873.199.png

15898873.210.png

15898873.218.png

15898873.219.png

15898873.220.png

15898873.221.png

15898873.222.png

15898873.223.png

15898873.224.png

15898873.225.png

15898873.226.png

15898873.227.png

15898873.228.png

15898873.229.png

15898873.230.png

15898873.231.png

15898873.232.png

15898873.233.png

15898873.234.png

15898873.235.png

15898873.236.png

15898873.237.png

15898873.238.png

15898873.239.png

15898873.240.png

15898873.241.png

15898873.242.png

15898873.243.png

15898873.244.png

15898873.245.png

15898873.246.png

15898873.247.png

15898873.249.png

15898873.250.png

15898873.251.png

15898873.252.png

15898873.253.png

15898873.254.png

15898873.255.png

15898873.256.png

15898873.257.png

15898873.258.png

15898873.260.png

15898873.261.png

15898873.262.png

15898873.263.png

15898873.264.png

15898873.265.png

15898873.266.png

15898873.267.png

15898873.268.png

15898873.269.png

15898873.271.png

15898873.272.png

15898873.273.png

15898873.274.png

15898873.275.png

15898873.276.png

15898873.277.png

15898873.278.png

15898873.279.png

15898873.280.png

kapilarno-porowaty materiał

strumień pary

powrót kondensatu

korpus

2

strefa parowania

strefa transportu pary

strefa kondensacji

3

4

dowalający efekt włoskowatości. Niekiedy zamiast

grawitacji i włoskowatości stosuje się obracające się

rury cieplne, co daje efekt sił odśrodkowych, spełnia-

jący nieco inaczej tę samą rolę. Generalnie – wszystko

zależy od tego, gdzie i do czego te rury cieplne chce-

my zastosować.

Podstawowym parametrem rur cieplnych jest

zakres temperatur, w których mogą one pracować.

Ten zaś zależy od tego, jaki czynnik roboczy został

w konkretnej rurze zastosowany.

W zależności od wymaganego przedziału tem-

peratur można stosować różne substancje, takie, któ-

re dają się doprowadzić do fazy ciekłej: od skroplo-

nych gazów do metali. Może to być np.: hel (od

–272°C do –269°C), amoniak (od –60°C do +100°C), fre-

on (od –40°C do +120°C), aceton (od 0°C do +120°C),

woda (od 30°C do 200°C), rtęć (od 250°C do 6500°C),

sód (od 600°C do 12 000°C), srebro (od 1800°C do

23 000°C) itd.

W rezultacie więc zakres parametrów rur ciep-

lnych obejmuje bardzo szeroki przedział temperatur,

szybkości transferu i mocy cieplnej. Poniższe zesta-

wienie podaje pełny wykaz możliwości współczes-

nych rur cieplnych:

Zakres roboczych temperatur 4–2300°C

Szybkość przekazu ciepła do prędkości dźwięku

Moc cieplna przenoszona do 20 do 20 kW/cm 2

Żywotność rury Dotychczas sprawdzona:

20 000 godz.

Coraz powszechniejszym ich zastosowaniem są

ochładzalniki procesorów komputerowych. Wiadomo:

pracują przy coraz większych szybkościach, młodzi

informatycy „podkręcają” jeszcze ich parametry,

33

15898873.282.png

15898873.283.png

15898873.284.png

15898873.285.png

15898873.286.png

15898873.287.png

15898873.288.png

15898873.289.png

15898873.290.png

15898873.291.png

15898873.002.png

15898873.003.png

15898873.004.png

15898873.005.png

15898873.006.png

15898873.007.png

15898873.008.png

15898873.009.png

15898873.010.png

15898873.011.png

15898873.013.png

15898873.014.png

15898873.015.png

15898873.016.png

15898873.017.png

15898873.018.png

15898873.019.png

15898873.020.png

15898873.021.png

15898873.022.png

15898873.024.png

15898873.025.png

15898873.026.png

15898873.027.png

15898873.028.png

15898873.029.png

15898873.030.png

15898873.031.png

15898873.032.png

15898873.033.png

15898873.035.png

15898873.036.png

15898873.037.png

15898873.038.png

15898873.039.png

15898873.040.png

15898873.041.png

15898873.042.png

15898873.043.png

15898873.044.png

15898873.046.png

15898873.047.png

15898873.048.png

15898873.049.png

15898873.050.png

15898873.051.png

15898873.052.png

15898873.053.png

15898873.054.png

15898873.055.png

15898873.057.png

15898873.058.png

15898873.059.png

15898873.060.png

15898873.061.png

15898873.062.png

15898873.063.png

15898873.064.png

15898873.065.png

15898873.066.png

15898873.068.png

15898873.069.png

15898873.070.png

15898873.071.png

15898873.072.png

15898873.073.png

15898873.074.png

15898873.075.png

15898873.076.png

15898873.077.png

15898873.079.png

15898873.080.png

15898873.081.png

15898873.082.png

15898873.083.png

15898873.084.png

15898873.085.png

15898873.086.png

15898873.087.png

15898873.088.png

15898873.090.png

15898873.091.png

15898873.092.png

15898873.093.png

15898873.094.png

15898873.095.png

15898873.096.png

15898873.097.png

15898873.098.png

15898873.099.png

15898873.101.png

gaz z pieca

hutniczego

jak to działa

zespół rur

cieplnych

powietrze

do spalania

gaz do

spalania

piec hutniczy

komin

gaz odpadowy

5

strumień gorącego powietrza

zespół rur

cieplnych

a wszystko to powoduje konieczność odprowadzania

coraz większej ilości ciepła.

Na zdjęciu przedstawiony jest taki właśnie

współczesny „cooler” wykorzystujący trzy rurki ciepl-

ne (te miedziane), które z wysoką sprawnością odbie-

rają, wręcz „odsysają” ciepło z powierzchni procesora

i z dużą szybkością transportują do radiatora owiewa-

nego strumieniem powietrza wytworzonym przez ty-

powy wentylator .

Przewodność cieplna rur cieplnych jest kilkaset

razy (TAK!) większa od przewodności naturalnej naj-

lepszych metali, jak: srebro, aluminium czy miedź,

a pomijając diament – bardzo dobry pod tym wzglę-

dem, ale kogo stać na diamentowy radiator! No i pa-

miętajmy, że diament jest i tak oczywiście dużo gor-

szy, jako przewodnik ciepła, od rur cieplnych.

Jednocześnie rury cieplne znajdują zastosowa-

nie także w przemyśle i to tym najcięższym – w hu-

tach. Rysunek pokazuje schemat instalacji odzysku

3

ciepła z pieca hutniczego.

Wiadomo, że straty tego ciepła w hutach są

ogromne i ich odzysk, z przeznaczeniem na inne cele,

oznacza znaczną oszczędność także w aspekcie och-

rony środowiska.

Znamienne jest to, że sama teoria procesów bę-

dących zasadą działania rur cieplnych była znana co

najmniej od czasów pierwszych badań termodynami-

ki. Dlaczego więc rury cieplne, jako superprzewodniki

ciepła, powstały tak późno?

Znamienne jest też i to, że studenci jakoś nie

darzą sympatią przedmiotu „zakodowanego” skró-

tem: TMC (teoria maszyn cieplnych), a pytania o en-

tropię i entalpię są traktowane jako wyrafinowana

złośliwość egzaminatora!

Jest jednak nadzieja, że właśnie szansa na su-

perprzyspieszony – dzięki rurkom cieplnym – procesor

zmieni nastawienie studenckiej młodzieży do tego

przedmiotu!

4

5

15898873.102.png

15898873.103.png

15898873.104.png

15898873.105.png

15898873.106.png

15898873.107.png

15898873.108.png

15898873.109.png

15898873.110.png

15898873.112.png

15898873.113.png

15898873.114.png

15898873.115.png

15898873.116.png

15898873.117.png

15898873.118.png

15898873.119.png

15898873.120.png

15898873.121.png

15898873.123.png

15898873.124.png

15898873.125.png

15898873.126.png

15898873.127.png

15898873.128.png

15898873.129.png

15898873.130.png

15898873.131.png

15898873.132.png

15898873.134.png

15898873.135.png

15898873.136.png

15898873.137.png

15898873.138.png

15898873.139.png

15898873.140.png

15898873.141.png

15898873.142.png

15898873.143.png

15898873.145.png

15898873.146.png

15898873.147.png

15898873.148.png

15898873.149.png

15898873.150.png

15898873.151.png

15898873.152.png

15898873.153.png

15898873.154.png

15898873.156.png

15898873.157.png

15898873.158.png

15898873.159.png

15898873.160.png

15898873.161.png

15898873.162.png

15898873.163.png

15898873.164.png

15898873.165.png

15898873.167.png

15898873.168.png

15898873.169.png

15898873.170.png

15898873.171.png

15898873.172.png

15898873.173.png

15898873.174.png

15898873.175.png

15898873.176.png

15898873.178.png

15898873.179.png

15898873.180.png

15898873.181.png

15898873.182.png

15898873.183.png

15898873.184.png

15898873.185.png

15898873.186.png

15898873.187.png

15898873.189.png

15898873.190.png

15898873.191.png

15898873.192.png

15898873.193.png

15898873.194.png

15898873.195.png

15898873.196.png

15898873.197.png

15898873.198.png

15898873.200.png

15898873.201.png

15898873.202.png

15898873.203.png

15898873.204.png

15898873.205.png

15898873.206.png

15898873.207.png

15898873.208.png

15898873.209.png

15898873.211.png

15898873.212.png

15898873.213.png

15898873.214.png

15898873.215.png

15898873.216.png

15898873.217.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Wiązania narciarskie.pdf (1329 KB)
Wariator samoczynny.pdf (192 KB)
Urządzenie do cięcia wodą - Hydrojet.pdf (242 KB)
Turbiny wiatrowe.pdf (2211 KB)
Termometr.pdf (537 KB)

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin