Устройство испарительного охлаждения

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) ПриоритетОпубликовано 150383. Бюллетень Мо 10 11 М. Кп.з С, 12 В 15/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий.5(,0888) Дата опубликования описания 15.03.83(71) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ Изобретение относится к измерительной технике и радиоэлектронике,в частности к устройствам испарительного охлаждения элементов аппаратуры, например анодов электронныхламп.Известно устройство испарительного охлаждения, содержащее жидкостной бойлер с размещенными в нем охлаждаемым элементом, на поверхности которого выполнены углубления, идефлектором 11 1,Недостатком данного устройстваявляется низкая эффективность охлаждения, что обусловлено наличиемзначительного градиента температурывблизи охлаждаемой поверхности.Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство испарительного охлаждения, содержащее жидкостной бойлер с размещенными в нем охлаждаемым элементом, на поверхностикоторого выполнены углубления, идефлектором, введен равномерно перфорированный экран, выполненный изматериала с низкой теплопроводностьюи расположенный между охлаждаемымэлементом и дефлектором, а расстояние ХЭ между экраном и поверхностьюохлаждаемого элемента определяется,соотношениемд5Э(1)где д - коэффициент теплопроводности охлаждающей жидкости,дс - перегрев поверхности ох 10 лажденного элемента;С - удельная плотность теплового потока через поверхность охлаждаемого элемента.Кроме того, диаметр Й отверстияперфорации экрана определяется со 15 -отношениемй = 0,5 В,где Р - отрывной диаметр пузырькапара жидкости бойлера, асуммарная площадь Я- отверстий перфорации определяется соотношением= 0,38где ЯЭ - площадь экрана.На фиг. 1 изображено предлагаемоеустройство, общий вид, разрез; нафиг. 2 - схема парообразования вустройстве испарительного охлаждения в отсутствие экрана; на фиг,3схема парообразования в предлагаеЗ 0 мом устройстве.Устройство содержит охлаждаемыйэлемент 1 с дефлектором 2 и установленным между ними перфорированным,экраном 3, которые помещены в бойлер 4, с жидкостью 5. Бойлер 4 снабжен паропроводом б для отвода образующегося при работе пара и конденсатопроводом 7 для подпитки жидкостью. Перфорационные отверстия 8выполнены равномерно по всему экрану 3. На поверхности охлаждаемогоэлемента, выполнены углубления 9,Перфорированный экран 3 может бытьвыполнен из титана, фторопласта,нержавеющей стали.Устройство работает следующим образом.На охлаждаемом элементе 1 выцеляется тепловая мощность, Жидкостьмежду охлаждаемым элементом 1 иперфорированным экраном 3 перегревается выше температуры насыщенияи в углублениях 9 на поверхностиохлаждаемого элемента 1 образуютсяпаровые зародыши с критическим радиусом Вкр, способные к дальнейшемугросту. Благодаря наличию перфориро-ванного экрана 3 слой жидкости перегревается равномерно, что способствует более интенсивному образова.нию паровых зародышей с радиусомВК при температурах поверхности ох- ЗОлаждаемого элемента 1 значительноменьших, чем в известном устройстве.По мере роста паровые пузырьки замыкаются на перфорационные отверстия8 экрана 3, образуя паровые каналы 35от охлаждаемой поверхности к перфорированному экрану 3. Паровые каналы окружены равномерно перегретойжидкостью и на границе пар - жидкостьначинается интенсивное парообразование.Образующийся пар по паровомуканалу выводится на внешнюю поверхность перфорированного экрана, гдепосле достижения отрывного диаметрапаровые пузырьки отделяются от экрана и всплывают в парожидкостном потоке. Парожидкостный поток турбулизируется дефлектором 2.Эффект интенсификации парообразо"вания в перегретом слое жидкости исвязаииое с ним повышение эффективности теплоотвода объясняется следующим образом,Рассмотрим схему парообразованияв устройстве испарительного охлаждения без экрана (фиг, 2). Особенность процесса пузырькового кипенияв этом случае заключается в том,что он протекает в условиях существенной температурной неравномерности,На фиг, 2 показан профиль температур 6 Ов перегретом слое жидкости,Паровой зародыш, образовавшийсянад углублением 9 на нагретой по- .верхности, окружен неравномерно перегретой по его Высоте жидкостью. Для того, чтобы образовался жизнеспособный паровой зародыш с критическим радиусом Кр, необходимо, чтобы на расстоянии Х от нагретой поверхности жидкость бйла перегрета до температуры ТК . Только при выполнении этого условия образовавшийся зародыш способен к дальнейшему росту, Минимальный радиус жизнеспособных паровых зародышей Вк определяется по известной формуле26 Тгде 6 - коэффициент поверхностногонатяжения жидкости;Т - температура насыщения жидкостиг - теплота парообразования,рп- плотность пара;Т - температура ;идкости нарасстоянии Хк от нагреКРтой поверхности, необходимая для образования критического парового зародыша (равна температурепара в зародыше с радиукр)Тх. - температура жидкости вобъемеКак видно из фиг, 2, в момент начала парообразования температура поверхности Тп значительно превышаетПаровой пузырек открывается от поверхности при достижении размера Бр, В процессе роста пузырька все большая часть поверхности в окрестностях центра парообразования блокируется паром.Скорость роста парового пузырька зависит от профиля температур в перегретом слое - чем больше температурная неравномерность, тем меньше скорость роста,Отрывной диаметр парового пузырька определяется по известной формуле=О 06Т У (3)где 8 - краевой угол смачивания,коэффициент поверхностногонатяжения жидкости;уи "- удельный вес жидкости ипара соответственно при температуре насыщения,Таким образом, температурная неравномерность в перегретом слоежидкости обуславливает высокие температуры поверхности анода и замедляет процесс парообразования приотсутствии экрана,В предложенном устройстве благодаря наличию перфорированного экрана 3 температурная неравномерностьсущественно сглаживается (фиг. 3).Перегрев жидкости от температуры Т , требуемой для образования кри-, тических паровых зародышей на расстоянии Хот поверхности охлаждаемого элемента 1, достигается при существенно меньшей температуре 5 поверхности. В связи с тем, что паровой пузырек окружен равномерно перегретой жидкостью, процесс парообразования усиливается и, соответственно, увеличивается скорость роста 0 пузырька. После того, как образовался паровой канал от поверхности нагрева к экрану, процесс генерации пара стабилизируется, Процесс формирования паровых пузырьков с отрыв ным диаметром переносится на внешнюю поверхность перфорированного экрана 3 и таким образом исключается его,отрицательное влияние на тепло- отдачу с поверхности нагрева, 20Перегрев поверхности охлаждаемого элемента, входящий в выражение 1), может быть определен по известной зависимости (рФдЦ при кипении.Выбор размера перфорационных отверстий 0,5 отрывного диаметра парового пузырька) и коэффициента перфорации,равного 0,3, определяется тем, что при уменьшении этих величин ниже указанных значений начинают сказываться силы поверхностного натяжения, препятствующие выходу пара из-под экрана, а при увеличении снижается воздействие экрана на перегретый слой жидкости.Следовательно, в предлагаемом устройстве благодаря интенсификации процесса парообразования с помощью перфорированного экрана повышается эффективность теплоотвода,. причем осуществляется это при более низких 40 температурах поверхности анода, что благоприятно сказывается на работоспосс)бности охлаждаемого элемента.Кроме того, предлагаемое устройство позволяет снизить температуру 45 охлаждаемой поверхности в 5-10 разпо сравнению с известным.Формула изобретенияУстройство испарительного охлаж" дения, содержащее жидкостный бойлер с размещенными в нем охлаждаемым элементом, на поверхности которого выполнены, углубления, и дефлектором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повюшения эффективности охлаждения, в него введен равномерно перфорированный экран, выполненный из материала с низкой теплопроводностью и расположенный между охлаждаемым элементом и дефлектором, а расстояние Хэ между экраном и поверхностью охлаждаемого элемента определяется соотношениемХ1где Ь - коэффициент теплопроводности охлаждающей жидкости;Д 1 - перегрев поверхности охлаждаемого элемента;с- удельная плотность тепловогопотока через поверхностьохлаждаемого элемента,2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что диаметрд отверстия перфорации экрана определяется соотношениема = 0,5 Н,где Й - отрывной диаметр пузырькапара жидкости бойлера,а суммарная площадь 8- отверстийперфорации определяется соотношением8 - = 0,3 ВЭгде .8 - площадь экрана. Э Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1Патент франции 9 1337593,кл, Н 01 3, 1963.1005194 Составитель С. ШумилишскаяМ. Петрова Техред О.Неце Коррект Шулл а акаэ .1912/ 598Подп аротвенного ксэщтета иэобретений:и открыт 35, Раушская наб., д Тираж НИИПИ Госу по делам Москва, Ж