Двухтрубная система отопления фото: Двухтрубная система отопления, тупиковая система для частного дома

Двухтрубная система отопления: схемы, преимущества и недостатки

Здесь вы узнаете:

Разрабатывая систему отопления для своего дома, мы непременно задумываемся о схеме прокладки труб и подключения радиаторов. Чаще всего при создании проектов используются распространенные схемы с двумя трубами, прокладываемыми по отапливаемым помещениям. Двухтрубная система отопления более сложна в монтаже, зато она обладает множеством неоспоримых достоинств – именно об этом и пойдет разговор в нашем обзоре. Также мы рассмотрим:

• Конструкционные особенности двухтрубных систем отопления;
• Их основные недостатки;
• Разновидности двухтрубных систем.

В самом конце мы расскажем о самых эффективных способах подключения батарей к отопительным системам.

Особенности двухтрубных систем отопления

Двухтрубная система отопления представляет собой самую распространенную схему прокладки отопительных труб и подключения радиаторов. Она предусматривает использование двух труб – по одной осуществляется подача горячего теплоносителя, а по второй он отводится к отопительному котлу. Данная схема отличается высокой эффективностью и обеспечивает равномерное распределение тепла по всем обогреваемым помещениям.

Однотрубные системы отопления, в отличие от двухтрубных, обладают целым рядом недостатков:

Различие в работе однотрубных и двухтрубных систем отопления хорошо иллюстрирует данная картинка.

• Более ограниченная длина контура;
• Неравномерное распределение тепла по обогреваемым помещениям – страдают самые последние комнаты;
• Трудно отапливать многоэтажные здания;
• Повышенное гидродинамическое сопротивление в системе отопления;
• Отсутствие раздельной регулировки температуры обогрева в разных комнатах;
• Трудности в ремонте – нельзя снять неисправную батарею без остановки всей системы.

Некоторая часть вышеупомянутых проблем частично решается с помощью схемы «ленинградка», но и это не является полноценным выходом из ситуации.

Однотрубные системы отопления востребованы там, где двухтрубные схемы являются явным излишеством. Например, они монтируются в небольших домиках на 2 или 3 комнаты – здесь можно немного сэкономить на трубах.

Двухтрубная система отопления предусматривает прокладку двух параллельных труб, к которым подключаются радиаторы. Теплоноситель из подающей трубы поступает в отопительные приборы, после чего отправляется в обратную трубу (обратку). Несмотря на более внушительные финансовые и трудовые затраты, готовая система получается более функциональной в эксплуатации и удобной в ремонте.

Двухтрубное отопление активно используется для обогрева помещений и здания различного назначения. К ним относятся одноэтажные частные дома и коттеджи, многоэтажные многоквартирные дома, а также промышленные и административные постройки. Иными словами, сфера его применения отличается своей широтой.

Достоинства и недостатки двухтрубных систем отопления

Двухтрубное отопление отличается своей универсальностью. Оно одинаково хорошо работает как в небольших постройках, так и в многоэтажных зданиях, в том числе и в высотных жилых домах. Давайте рассмотрим основные плюсы двухтрубных систем:

При использовании двухтрубного отопления даже самые отдаленные батареи в доме смогут обеспечивать теплом на приемлемом уровне.

• Повышенная длина одной линии (контура) – это актуально при обогреве вытянутых в длину зданий, например, больничных или гостиничных корпусов;
• Равномерная подача тепла в помещения – в отличие от однотрубных систем, тепло будет даже в самых дальних от котла помещениях;
• Двухтрубное отопление позволяет без труда организовать раздельную регулировку температуры в отдельных комнатах и помещениях – для этого на каждую батарею ставятся терморегулирующие головки;
• Возможность демонтажа батарей и конвекторов без остановки всей отопительной системы – немаловажное преимущество, проявляющееся в крупных зданиях;
• Двухтрубное отопление как нельзя лучше подходит для обогрева зданий большой площади – для более равномерного распределения тепла применяются определенные схемы разводки труб и подключения отопительных приборов.

К сожалению, не обошлось без определенных минусов:

• Большие затраты на приобретение оборудование – по сравнению с однотрубными системами отопления, двухтрубные требуют увеличенного количества труб;
• Сложность в монтаже – сказывается увеличение количества узлов и необходимость оптимального распределения теплоносителя по обогреваемым помещениям.

Тем не менее плюсы полностью перекрывают вышеуказанные минусы.

Разновидности двухтрубных систем отопления

Мы уже ознакомились с достоинствами и недостатками двухтрубных систем отопления, а также с их отличительными особенностями. Осталось поговорить об их разновидностях.

Принудительная или естественная циркуляция

Естественная циркуляция теплоносителя предусматривает отсутствие циркуляционного насоса. Нагретая вода циркулирует по трубам самостоятельно, подчиняясь силам гравитации. Правда, для этого необходимы трубы увеличенного диаметра – двухтрубное отопление с тонкими пластиковыми трубами не сможет обеспечить самостоятельную циркуляцию, что связано с большим гидростатическим давлением в системе. Отопление с естественной циркуляцией отличается простотой и дешевизной, но необходимо помнить об ограниченной длине контура – его не рекомендуется делать длиннее 30 метров.

Схема двухтрубной системы отопления с принудительной циркуляцией предусматривает использование циркуляционного насоса. Он устанавливается рядом с отопительным котлом и обеспечивает быстрый прогон теплоносителя по трубам. Благодаря этому снижается время прогрева, увеличивается длина отопительного контура, заметно улучшается распределение тепловой энергии. Двухтрубная схема отопления с принудительной циркуляцией позволяет отапливать здания любой этажности – нужно только подобрать производительный насос.

Недостатки двухтрубных систем отопления с циркуляционными насосами:

• Удорожание монтажа – хороший насос стоит дорого, в то время как покупать дешевый не имеет смысла за счет его сниженного срока службы;
• Возможные шумы – дешевые насосы рано или поздно начинают вибрировать, звуки от их работы разносятся по трубам даже в самые дальние комнаты. Чем выше скорость вращения вала насоса, тем сильнее шум;
• Энергозависимость системы отопления – при отключении электроэнергии циркуляция теплоносителя прекращается.

Для корректной работы двухтрубной

Однотрубная или двухтрубная система отопления, плюсы и минусы, отличие

Иногда малосведущему домовладельцу очень трудно определиться в вопросе выбора отопительной системы. Эта проблема стара, как мир. Споры на тему, какая лучше — однотрубная или двухтрубная система отопления, идут давно и не утихают по сей день. В нашей статье мы постараемся объективно и беспристрастно подойти к вопросу, рассмотрев обе схемы применительно к частному дому.

Плюсы и минусы однотрубной системы

Для начала напомним, что однотрубная схема представляет собой один горизонтальный коллектор или вертикальный стояк, общий для нескольких радиаторов, подключенных к нему обеими подводками. Теплоноситель, циркулируя по главной трубе, частично затекает в батареи, отдает тепло и возвращается обратно в тот же коллектор. К следующему радиатору приходит уже смесь охлажденной и горячей воды с температурой, сниженной на несколько градусов. И так до самого последнего радиатора.

Главное отличие однотрубной системы отопления от двухтрубной, дающее ей некоторое преимущество, — отсутствие разделения на подающий и обратный трубопроводы. Одна магистраль вместо двух – это меньше труб и работ по их прокладке (пробивка стен и перекрытий, крепление). По идее, должна быть ниже и общая стоимость, но это не всегда так. Ниже мы поясним почему.

Благодаря появлению современной арматуры стало возможным регулировать теплоотдачу каждого радиатора в автоматическом режиме. Правда, для этого нужны специальные термостаты повышенного проходного сечения. Но даже они не избавят систему от ее главного недостатка – остывание теплоносителя от батареи к батарее. Вследствие чего теплоотдача каждого последующего прибора снижается и приходится увеличивать его мощность путем наращивания секций. А это повышение стоимости.

Если магистраль и подводка к прибору будут одного диаметра, то и поток разделится примерно поровну. Этого допускать нельзя, теплоноситель будет сильно остывать в первом же радиаторе. Чтобы в него попала треть потока, размер общего коллектора надо сделать вдвое больше, причем по всему периметру. Представьте, если это двухэтажный дом площадью 100 м2 и более, где по кругу прокладывается труба DN25 или DN32. Это второе повышение стоимости.

Если в одноэтажном частном доме нужно обеспечить естественную циркуляцию воды, то здесь однотрубная система отопления отличается от двухтрубной наличием вертикального разгонного коллектора высотой не менее 2 м, устанавливаемого сразу после котла. Исключение – насосные системы с настенным котлом, подвешенным на необходимой высоте. Это третье повышение стоимости.

Вывод. Однотрубная система сложна. Нужно очень хорошо просчитать диаметры трубопроводов и мощность радиаторов, хорошо продумать прокладку магистралей. Тогда она будет работать эффективно и надежно. Утверждение о дешевизне «ленинградки» весьма спорно, особенно когда решено собрать схему из металлопластиковых труб, вы просто разоритесь на фитингах. Металл и ППР обойдутся дешевле.

Плюсы и минусы двухтрубной системы

Всем мало-мальски понимающим людям известна разница между однотрубной и двухтрубной системой отопления. Она заключается в том, что в последней каждая батарея одной подводкой присоединяется к подающей магистрали, а второй – к обратке. То есть, горячий и охлажденный теплоноситель протекает по разным трубопроводам. Что это дает? Представим ответ в виде перечня:

• распределение воды по всем радиаторам с одинаковой температурой;
• соответственно, количество секций не нужно наращивать;
• осуществлять регулирование и автоматизацию всей системы гораздо проще;
• диаметры труб для принудительной циркуляции как минимум на 1 размер меньше, чем при однотрубной схеме.

Что касается недостатков, то заслуживающий внимания всего один. Это расход труб и стоимость работ по их прокладке. Но эти трубы – меньшего диаметра при относительно небольшом количестве фитингов. Подробный расчет материалов для одной и другой системы, а также нюансы их работы показаны на видео:

Вывод. Преимущество двухтрубной системы отопления – в ее простоте. Хозяин небольшого дома, правильно определивший мощность батарей, может наугад сделать разводку трубой DN20, а подводки сделать из DN15, и схема будет нормально работать. Что касается дороговизны, то все зависит от применяемого материала, разветвленности системы и так далее. Возьмем на себя смелость утверждать, что двухтрубная схема лучше однотрубной.

Как переделать однотрубную систему отопления в двухтрубную?

Поскольку различие между однотрубной и двухтрубной системами состоит в разделении двух потоков, то технически выполнить переделку достаточно просто. Надо вдоль существующей магистрали проложить второй трубопровод, чей диаметр можно взять на 1 размер меньше. Конец старого коллектора надо отрезать около последнего прибора и заглушить, оставшийся участок до котла – присоединить к новой трубе.

Получится схема с попутным движением воды, только выходящий из батарей теплоноситель нужно направить в новую магистраль. Для этого один подводящий участок каждого радиатора придется переподключить со старого коллектора на новый, как показано на схеме:

Надо понимать, что в процессе переделки можно столкнуться с такими трудностями, как нехватка места для второй трубы, невозможность пробить отверстие в стене или перекрытии и так далее. Поэтому, прежде чем начинать подобную реконструкцию, надо хорошо все продумать. Возможно, удастся наладить нормальную работу существующей однотрубной системы.

Заключение

В сфере частного домостроительства преимущества двухтрубной системы отопления над однотрубной очевидны. Но и последняя не сдает своих позиций, поскольку имеет много поклонников. В любом случае выбор остается за вами.

Двухтрубная система отопления: для частного дома, схема с нижней разводкой, горизонтальная своими руками, расчет

Существует несколько способов водяного отопления помещения. Есть двухтрубная, однотрубная схема размещения и два типа подведения труб: нижнее и верхнее. Рассмотрим конструкцию с двумя трубами и разводкой внизу.

Характеристика

Наиболее распространенной является именно двухтрубная организация отопления, несмотря на некоторые достоинства однотрубных конструкций. Какой бы сложной ни была такая магистраль с двумя трубами (отдельно для подачи воды и ее возврата) большинство предпочитает именно ее.

Такие системы стоят в многоэтажных и многоквартирных домах.

Устройство

Элементы двухмагистрального отопления с нижней врезкой труб следующие:

• котел и насос;
• автовоздушник, термостатические и предохранительные клапаны, вентили;
• батареи и расширительный бак;
• фильтры, регулирующие устройства, датчики температуры и давления;
• можно применять байпасы, но необязательно.

Преимущества и недостатки

Рассматриваемая двухтрубная схема соединения при использовании обнаруживает много плюсов. Во-первых, равномерность распространения тепла по всей магистрали и индивидуальная подача теплоносителя в радиаторы.

Поэтому есть возможность регулировать отопительные приборы по отдельности: включать/выключать (нужно только перекрыть стояк), изменять напор.

В разных комнатах можно устанавливать разную температуру.

Во-вторых, такие системы не требуют отключения или слива всего теплоносителя при поломке одного отопительного прибора. В-третьих, систему можно устанавливать после возведения нижнего этажа и не ждать, пока будет готов весь дом. Кроме того, трубопровод имеет меньший диаметр, чем в системе с одной трубой.

Есть и некоторые недостатки:

• требуется больше материалов, чем для однотрубной магистрали;
• небольшое давление в подающем стояке создает необходимость часто спускать воздух, подключив дополнительные клапаны.

Сравнение с другими типами

В нижней врезке подающая магистраль прокладывается снизу, рядом с обраткой, потому теплоноситель направляется снизу вверх по стоякам подачи. Оба вида разводок могут быть сконструированы с одним или несколькими контурами, тупиковым и попутным течением воды в подающей трубе и обратке.

Системы естественной циркуляции с подводкой внизу применяются очень редко, так как они требуют большое количество стояков, а смысл такой врезки труб – свести их количество к минимуму. С учетом этого такие конструкции чаще всего имеют принудительную циркуляцию.

Крыша и этажи — значение

В верхнем подведении подающая магистраль – выше уровня радиатора. Ее монтируют на чердаке, в потолочном перекрытии.

Нагретая вода поступает наверх, затем – через стояки подачи равномерно растекается по батареям. Радиаторы должны находиться выше обратки.

Чтобы исключить скопление воздуха, монтируют компенсирующий бак в самой топовой точке (на чердаке). Потому она не подходит для домов с плоской крышей без чердака.

Разводка снизу имеет две трубы – подающую и отводящую, – батареи отопления должны быть выше их. Она очень удобна для удаления воздушных пробок кранами Маевского. Подающая магистраль находится в подвале, в цоколе, под полом. Подающий трубопровод должен находиться выше, чем обратка. Дополнительный уклон магистрали в сторону котла сводит к минимуму воздушные пробки.

Обе разводки наиболее эффективны при вертикальной конфигурации, когда батареи смонтированы на различных этажах или уровнях.

Принцип работы

Главной характеристикой двухтрубной системы является наличие индивидуальной магистрали подачи воды в каждый радиатор. В этой схеме каждая из батарей снабжена двумя отдельными трубами: подводящей воду и отводящей. К батареям теплоноситель течет снизу вверх. Остывшая вода возвращается по обратным стоякам в обратную магистраль, а по ней в котел.

В многоэтажном помещении уместно ставить именно двухтрубную конструкцию с вертикальным расположением магистрали и нижней разводкой. В этом случае разница температур между теплоносителем в подающей трубе и обратке создает сильное давление, увеличивающееся по мере повышения этажа. Давление помогает воде продвигаться по трубопроводу.

В рассматриваемом нижнем соединении труб котел должен находиться в углублении, так как батареи и отопительные приборы должны быть выше для обеспечения равномерной доставки воды к ним.

Воздух, который накапливается, удаляется кранами Маевского или спускниками, они монтируются на всех отопительных приборах. Применяют также автоматические сбросники, которые фиксируются на стояках или специальных воздухоотводных линиях.

Виды

Двухтрубная система отопления может быть следующих типов:

• горизонтальная и вертикальная;
• прямоточная — теплоноситель течет в одном направлении по обеим трубам;
• тупиковая — горячая и остывшая вода движется в разных направлениях;
• с циркуляцией принудительной или естественной: для первой нужен насос, для второй – уклон труб в сторону котла.

Горизонтальная схема может быть с тупиками, с попутным движением воды, с коллектором. Она подходит для одноэтажных зданий со значительной протяженностью, когда батареи целесообразно подсоединять к горизонтально расположенной магистральной трубе. Удобна такая система также для зданий без простенков, в панельно-каркасных домах, где стояки удобно размещать на лестничной клетке или коридоре.

По мнению специалистов, самой эффективной стала вертикальная схема с принудительным током воды. Для нее нужен насос, который располагают на обратке перед котлом. На ней же монтируют и расширительный бак. За счет насоса трубы могут быть меньше, чем в конструкции с естественным движением: вода с его помощью гарантировано будет двигаться по всей линии.

Все отопительные приборы подсоединяются к вертикально расположенному стояку. Это оптимальный вариант для многоэтажек. Каждый этаж соединяется с трубой стояка отдельно. Преимуществом является отсутствие воздушных пробок.

Монтаж

Условно можно выделить несколько этапов работ. Сначала определяется тип отопления. Если к дому подведен газ, то самым идеальным вариантом будет установка двух котлов: один – газовый, второй – запасной, твердотопливный или на электричестве.

Далее следует согласовать установку системы отопления в проектной документации и приступить к покупке необходимых материалов, устройств, подготовке инструментов.

Этапы

Вкратце монтаж состоит из таких пунктов:

• от котла выводится вверх труба подачи и соединяется с компенсаторным бачком;
• из бачка выводят трубу верхней магистрали, которая идет ко всем радиаторам;
• устанавливается байпас (если он предусмотрен) и насос;
• проводится обратная линия параллельно подающей, ее же соединяют с радиаторами и врезают в котел.

Котел

Для двухтрубной системы первым устанавливается котел, для чего создается мини-котельная. В большинстве случаев это подвал (в идеале — отдельное помещение). Основное требование – хорошая вентиляция. Котел должен иметь свободный доступ и располагаться на некотором отдалении от стен.

Пол и стены вокруг него облицовываются огнеупорным материалом, а дымоход выводится на улицу. При необходимости устанавливается насос для циркуляции, коллектор для распределения, регулирующие, измерительные приборы около котла.

Радиаторы

Их монтируют в последнюю очередь. Они располагаются под окнами и фиксируются кронштейнами. Рекомендуемая высота от пола – 10–12 см, от стен – 2-5 см, от подоконников – 10 см. Впуск и выпуск батареи фиксируется запорными и регулирующими устройствами.

Желательно установить термодатчики — с их помощью можно отслеживать показатели температуры и регулировать их.

Если котел отопления газовый, то необходимо наличие соответствующей документации и присутствие представителя газового хозяйства при первом запуске.

Советы

Расширительный бак располагается на уровне или выше самой пиковой точки магистрали. Если есть автономная водоподача, то его можно интегрировать с расходным бачком. Уклон подающей и обратной труб должен быть не больше 10 см на 20 и более погонных метров.

Если трубопровод оказался у входной двери – уместно разделить его на два колена. Тогда разводка создается от места верхней точки системы. Нижняя магистраль двухтрубной конструкции должна находиться симметрично и параллельно верхней.

Все технологические узлы нужно оснастить кранами, а подающую трубу желательно утеплить. Распределительный бак также желательно разместить в утепленном помещении. При этом не должно быть прямых углов, резких переломов, которые создадут впоследствии сопротивление и воздушные пробки. Наконец, нельзя забывать про опоры для труб — они должны быть из стали и врезаться на каждые 1,2 метра.

Источник: https://x-teplo.ru/otoplenie/sistemy/sxema-dvuxtrubnoj-s-nizhnej-razvodkoj.html

Попутная двухтрубная система отопления: схема для одноэтажного и двухэтажного дома

Отопление

26. 09.2018

5.7 тыс.

3.8 тыс.

7 мин.

Обычно для обогрева своего жилья используют жидкий теплоноситель. Такие системы отличаются простотой и высокой надёжностью. К основному оборудованию можно отнести такие элементы:

1. 1. Теплогенератор (котёл какого-либо типа).
2. 2. Расширительный бак.
3. 3. Трубы.
4. 4. Радиаторы.
5. 5. Различная арматура.

Но в такой схеме вода постепенно остывает от радиатора к радиатору. К последней батарее она приходит уже в охлаждённом виде.

Приходится с каждым последующим тепловым устройством увеличивать количество секций для полноценного обогрева помещения. Также желательно применять регулирующую арматуру на каждом приборе, отдающем тепло. Это приемлемый вариант для одноэтажного дома.

Двухтрубная является более трудной схемой. Систему отопления с попутным движением теплоносителя можно выполнить только в таком виде. Каждый радиатор подключается сразу к двум трубам. По одной идёт горячий теплоноситель, а по другой остывший возвращается в котёл.

Батарея, находящаяся в системе ближе к теплогенератору, получает самую горячую воду. Она первой передаёт жидкость в обратную трубу. Последние радиаторы получают теплоноситель с более низкой температурой. Также следует помнить, что двухтрубная система гораздо дороже, если сравнивать с однотрубной.

Двухтрубная система отопления, разные схемы (схема Тихельмана)

Обе схемы хороши на маленьких или средних площадях, но малоэффективны на больших. Усовершенствованием двухтрубной сети является система Тихельмана. В двухэтажном доме такой тип отопления считается лучшим. Но важным фактором во время выбора схемы остаётся наличие финансовой возможности.

В 1901 году идея изменения работы обратного движения воды была обоснована инженером Тихельманом. В его честь была названа система — «петля Тихельмана». Также её ещё называют возвратной системой с реверсивным движением теплоносителя. Из-за того что жидкость движется по обоим контуром (по подаче и обратке) в одинаковом или же попутном направлении, для данной схемы придумали и третье название — «система с попутным направлением движения тепловых носителей».

Сама идея заключается в том, что длина труб для подачи и обратки одинаковая. На всех участках трубопровода создаются схожие гидравлические условия. Благодаря этому последний радиатор в сети получает столько же тепловой энергии, как и первый. Это позволяет более эффективно использовать отопительную систему, а также экономить на топливе.

Как и любая система, схема Тихельмана имеет свои преимущества и недостатки. Её достоинства ярко выражены в помещениях различного типа, размера и назначения. Основные преимущества:

1. 1. Равномерный прогрев всей отопительной сети.
2. 2. Не требуется сложная балансировка, а также монтаж дорогого оборудования.
3. 3. Возможность регулирования количества

Двухтрубная гравитационная система с верхним регулированием

Вода из котла идет вверх по подающей трубе, а затем по трубам к отопительным приборам (см. Рисунок 3). Горизонтальные трубы должны иметь уклон 0,002–0,003. От отопительных приборов по обратным и вертикальным трубам вода поступает в обратную трубу котла. Каждое устройство в этой системе обслуживается двумя трубами — подающей и обратной — и поэтому называется двухтрубной системой. По мере необходимости в систему добавляется вода из водопровода.Но если у вас его нет, то вы можете долить воду вручную через расширительный бачок. Добавляя воду из местного водопровода, лучше делать это через обратную трубу: холодная вода из водопровода смешивается с более теплой водой из обратных труб и увеличивает ее плотность, тем самым увеличивая циркуляционный напор за время воды. добавляется.

Рисунок 3: Схема двухтрубной гравитационной системы отопления с верхней установкой

Для улучшения циркуляции теплоносителя основной вертикальный трубопровод (от котла к расширительному баку) должен быть изолирован, чтобы вода оставалась максимально горячей. , подающий воду в горизонтальные трубы.Расширительный бак может быть выполнен двумя способами: простой, без циркуляции воды; и более сложные, с циркуляцией воды.

Простой тип — сосуд с двумя приваренными к нему трубами или завинченными резиновыми прокладками. Одна труба — это вертикальная подающая линия, а вторая труба подает сигнал о переливе из резервуара. Место подключения вертикальной трубы к расширительному бачку не имеет значения; трубу можно вставить в резервуар снизу или сбоку.Важно, чтобы он был вставлен как можно ниже, чтобы полностью использовать объем расширительного бачка. Сигнальная труба входит в резервуар на боковой стенке в 100 мм от верха: при добавлении воды в систему резервуар заполняется только до этого уровня, а затем вода начинает поступать в сигнальную трубу, показывая, что система исправна. начинка. Во время использования системы нагретая вода будет расширяться и течь вниз по сигнальной трубе. В конце концов, когда вода нагреется до максимума, система будет выплевывать лишнюю воду в сигнальную трубу, обеспечивая тем самым саморегулирование уровня воды в резервуаре.При дальнейшем увеличении и уменьшении объема уровень воды в баке будет изменяться, но перелива в сигнальную трубу не будет. У этого типа расширительного бачка два недостатка: во-первых, периодически (примерно два раза в год) нужно проверять визуально, сколько воды в баке; во-вторых, емкость должна быть очень хорошо изолирована — вода в ней будет холодной, а при очень низких температурах может замерзнуть. Однако в такой простой системе эти недостатки несущественны.К этому быстро привыкаешь: нужно всего один раз утеплить бак, а когда нужно доливать воду (раз в год, два раза и т. Д.). Обычно уровень проверяется и доливается вода перед началом отопительного сезона, и об этом можно забыть до начала следующего сезона.

В деревенских домах, которые получают тепло от котла, но в которых нет водопровода или канализации, простая конструкция расширительного бака может быть еще проще, если не включать сигнальную трубу.Очень хороший резервуар можно сделать из старой банки для молока с крышкой и достаточным объемом, если снять уплотнение. Крышка, закрытая или почти закрытая, пропускает воздух, но не пропускает мусор. Когда вам понадобится добавить воды, просто поднимите крышку. Система заполняется водой либо из ведер, либо из шланга, при этом уровень воды контролируется визуально. Расширительный бак должен быть заполнен от одной трети до половины, оставляя место для расширения воды. Если вы добавите слишком много воды, система отопления вытолкнет ее через верхнюю часть бака, поскольку он открыт.Конечно, в этом случае вода будет просачиваться через потолок, поэтому владелец дома вряд ли налит слишком много воды — это еще один вид саморегулирования.

Рисунок 4: Схема самотечного нагрева с более сложным расширительным баком

При использовании более сложного расширительного бака (см. Рисунок 4) четыре трубы привариваются или ввинчиваются в бак вместо двух. Два из них — подающий и возвратный, они обеспечивают циркуляцию воды в резервуаре, значительно снижая вероятность замерзания. Две другие — переливная и регулирующая трубы: они контролируют уровень воды в баке.При добавлении воды в систему отопления открывается клапан на нижнем конце регулирующей трубы. Как только из нее пойдет вода, нужно прекратить заливку системы: труба показывает, что система и бак заполнены водой. После этого необходимо закрыть клапан на регулирующей трубе, и его нельзя открывать до следующего добавления воды в систему. Переливная труба работает так же, как и в случае с обычным баком, то есть при резком увеличении объема горячей воды эта труба забирает лишнюю воду и сплевывает ее в канализацию.На переливной трубе не должно быть клапанов. Следует отметить, что, несмотря на то, что эти резервуары обеспечивают большую автоматизацию, они не пользуются популярностью в частных домах из-за большого количества труб.

Гравитационные системы могут иметь один или два контура. В одноконтурных системах котел ставится в начале контура, а трубы располагаются с левой или правой стороны, идя поясом по всему дому или квартире, причем длина контура по горизонтали должна быть меньше 30 метров (а лучше менее 20 метров).Чем длиннее петля, тем больше будет гидравлическое сопротивление в системе (силы трения внутри труб). Если длина петли превышает 30 метров, система не будет иметь достаточного напора для преодоления этого сопротивления. Даже на 25 метров возникнут проблемы с напором циркуляции. В двухконтурных системах котел размещается по центру, а трубопроводы (контуры контуров) размещаются по обеим сторонам котла, а общая длина труб каждого контура по горизонтали должна быть меньше 30 (20 ) метров.Для гидравлической балансировки системы длина петель двухконтурной системы и общее количество секций в радиаторах должны быть примерно одинаковыми (см. Рисунок 5).

Рисунок 5: Примеры двухтрубных гравитационных систем с верхним расположением Примечание. Схема труб, способ размещения радиаторов и диаметры труб, показанные на схеме, являются только иллюстрациями; в реальных схемах возможны и другие решения.

В зависимости от направления движения воды в магистральных трубах система отопления может быть «тупиковой» или «проточной».

В «тупиковых» системах отопления движение горячей воды в магистральном подающем трубопроводе противоположно движению охлажденной воды в магистральном обратном трубопроводе. В этой схеме длины циркуляционных петель отличаются друг от друга; чем дальше от котла находится отопительный прибор, тем длиннее циркуляционный контур; и наоборот — чем ближе к основному вертикальному трубопроводу расположен нагревательный прибор, тем короче протяженность циркуляционного контура.

В «тупиковых» системах сложно добиться равных сопротивлений в коротких и дальних циркуляционных контурах.Следовательно, нагревательные устройства, расположенные рядом с основным вертикальным трубопроводом, будут обогреваться намного лучше, чем те, которые находятся дальше от основного вертикального трубопровода. А когда циркуляционные контуры, которые находятся ближе всего к основному вертикальному трубопроводу, не имеют большой тепловой нагрузки (теплопередача в помещение), балансировка циркуляционных контуров становится еще более сложной.

В системах отопления с «непрерывным потоком» воды все циркуляционные контуры имеют одинаковую длину.Поэтому вертикальные трубопроводы и отопительные приборы работают в равных условиях. В таких системах, независимо от расположения отопительных приборов по горизонтали относительно основного вертикального трубопровода, тепло будет одинаковым. Однако этот тип системы отопления имеет ограниченное применение, потому что часто при проектировании реальных систем, учитывающих планировку дома, видно, что для таких систем потребуется больше труб, чем для «тупиковых» систем. Но в том случае, когда балансировка «тупиковых» систем невозможна, применяется «проточная» система.

Для более широкого применения «тупиковых» систем длины магистральных трубопроводов уменьшены, и вместо одного длинного контура используются два или более более коротких контура. В таких случаях достигается лучшая горизонтальная балансировка системы. Балансировка нагревательных контуров контура должна стать отправной точкой при проектировании системы. Чтобы система работала равномерно, все петли контура должны иметь примерно равные гидравлические сопротивления. Другими словами, петля, расположенная рядом с основным вертикальным трубопроводом, должна иметь почти такое же сопротивление, как петля, расположенная дальше от основного вертикального трубопровода, а сумма гидравлических сопротивлений всех петель не должна превышать циркуляционная головка; в противном случае вода в системе остановится. Такие системы называют «зажимными».

Представим, что контур отопления имеет форму замкнутой дороги (например, гоночной трассы), на которой одновременно стартуют шесть грузовиков, загруженных горячей водой. Давайте посмотрим на их движение при условии, что все шесть грузовиков движутся с одинаковой скоростью и не могут двигаться вперед или позади друг друга. Задача грузовиков — добраться до радиаторов, разгрузиться и вернуться на старт за новым запасом горячей воды.

Рисунок 6: Иллюстрация движения воды по контуру системы отопления

Очевидно, что для одновременного старта грузовиков должна быть дорога с шестью полосами движения.Это будет основной вертикальный трубопровод системы, имеющий наибольший диаметр трубы. Допустим, мы находимся в двухконтурной системе отопления. Поэтому после старта на нашей дороге есть Т-образный перекресток (тройник в системе отопления). Грузовики делятся на две группы: одна группа поворачивает налево, а другая — направо. При повороте грузовики, находящиеся ближе к центральной линии, поворачивают на больший радиус: они проходят большее расстояние и, выйдя из поворота, немного отстают от грузовиков, повернувших на меньшем радиусе. Произошла первая потеря энергии. В системе отопления молекулы воды, расположенные ближе к центру трубы, более удачливы, чем молекулы, расположенные близко к стенкам трубы. В этом тройнике происходят потери гидравлического давления.

Смотрите дальше. Шесть грузовиков подъехали к Т-образному перекрестку, шесть из них должны выехать с него. (Объем воды, поступающей в арматуру, равен объему воды, которая выходит. Это аксиома.) Для трех грузовиков, которые поворачивают налево, нам не нужна дорога с шестью полосами движения; трех полос достаточно.Поэтому площадь поперечного сечения трубы может составлять половину. Обратите внимание, мы уменьшаем вдвое площадь, но не диаметр. Они разные количества. Остается три грузовика, которые едут по трем полосам движения. Сделайте первую ветку от магистрального трубопровода до первого места разгрузки шириной в одну полосу. (Ставим еще одну тройник на трубопровод.) На вновь созданный перекресток подъезжают три грузовика. Один из них замечает ветку на дороге и делает поворот. Два других продолжаются, потому что в этой ветке была только одна линия.Вторая потеря давления произошла в тройнике на повороте. Вода, проходящая по повороту, почти не теряет напор. Для проходящей воды необходимо дальнейшее уменьшение площади поперечного сечения и диаметра трубы; в данном случае с соотношением 2: 1 для двухстороннего и одностороннего движения грузовиков. Грузовик, который превратился в ветку, почти как его цель: он бежит к месту своей разгрузки. Двое других продолжают движение вперед по дороге.

Сделаем еще одну ветку на дороге (поставим тройник) и разделим грузовики.Один из них идет к месту разгрузки; другой продолжается по главной дороге. Очевидно, что с этого перекрестка для каждого грузовика хватит одной полосы движения, поэтому площадь поперечного сечения каждой трубы будет одинаковой. Делать еще один перекресток не нужно, потому что последний грузовик повернет к месту разгрузки. На главной дороге нет места для разгрузки. Теплоотдача котла полностью исчерпана; дальнейшее увеличение длины трубы ничего не даст.

Но вернемся к грузовику, который сделал первый поворот. Он давно разгрузился (выдал тепло) и вернулся к месту погрузки, при этом второй грузовик как раз подъезжает к месту разгрузки, а третий все еще находится на трассе. Мы видим разбалансировку системы отопления. Пока третий грузовик подъезжает к месту разгрузки, первый может сделать еще один круг и доставить еще одну порцию горячей воды. Поэтому необходимо, чтобы первый грузовик ехал медленнее: нанести на дороге неровности (уменьшить площадь сечения трубы) или поставить ГАИ (регулятор изменения количества горячей воды, т. Е. клапан).Полицейский может остановить его и заставить разгрузиться вручную, а не автоматически. Мы можем установить такой же контроль на пути второго грузовика, и пока первые два заняты разгрузкой, третий грузовик может добраться до места назначения и разгрузиться автоматически. При «одинаковом» движении регуляторы не нужны, поскольку длины всех циркуляционных контуров равны.

В результате уменьшения диаметров подводящих к радиаторам труб или установки на них вентилей (ручные или автоматические терморегуляторы) можно добиться ситуации, когда все три грузовика, движущиеся по этому контуру, одновременно прибывают к месту встречи. с тремя грузовиками, приехавшими с другого контура.Здесь они снова объединяются в один поток на шестиполосной главной дороге и возвращаются к месту погрузки, чтобы снова начать. Эту систему теперь можно считать сбалансированной.

Уравновешивание системы с помощью клапанов выполняется после запуска системы отопления. Кто-то должен заходить в каждую комнату по очереди, записывать температуру в каждой и закрывать вентили, ведущие к радиаторам. Процедуру необходимо повторять много раз, пока не будет получен равномерный баланс тепла. Если использовать термостатические клапаны, то процесс проще.Желаемая температура воздуха устанавливается на ручке клапана, после чего клапан автоматически открывается и закрывает горячую воду, подаваемую в радиатор.

Следует отметить, что при прохождении разных расстояний грузовики расходуют разное количество энергии: те, которые на большом расстоянии сжигают больше топлива и сталкиваются с большим количеством препятствий. Двигаясь по прямой, вода преодолевает гидравлическое сопротивление трения стенок труб: у стальных труб трубы больше, у полимерных — меньше. Все тройники, крестовины и повороты тоже имеют сопротивления. Сумма всех сопротивлений не должна превышать напор. А что будет, если мы решим уменьшить количество полос для шести грузовиков с шести до двух (другими словами, увеличить гидравлическое сопротивление)? Результат известен — будет пробка. Поток не остановится полностью, но это нельзя назвать движением. Итак, чтобы избежать эффекта «зажатой» системы отопления, площади поперечного сечения трубопроводов должны соответствовать потоку горячей воды.

Горячая вода в трубе должна двигаться с определенной скоростью, потому что каждую секунду в радиаторы должен поступать достаточный объем горячей воды, обеспечивая необходимый запас тепла. Этот объем называется «Подача горячей воды».

Чем выше скорость воды, тем больше ее расход. Но если скорость увеличивается, увеличивается сопротивление (трение) в трубе. Другими словами, с увеличением использования горячей воды сопротивление системы увеличивается. Если вы используете трубу большего диаметра, сопротивление уменьшается, и наоборот — если вы используете трубу меньшего диаметра, сопротивление увеличивается.

При слишком тонких трубах из-за увеличения силы трения (гидравлического сопротивления) расход горячей воды снижается и котел чаще перегревается, но нагревательные приборы остаются холодными, потому что горячая вода не идет в них в необходимом объеме.

Расчеты системы отопления выполняются инженерами-теплотехниками и слишком сложны для размещения на этом сайте. Однако для гравитационных систем с горизонтальной длиной стальных трубопроводов не более 20 метров эти расчеты проводились тысячи раз, поэтому мы можем использовать этот предыдущий опыт.

Обычно от котла вертикальный трубопровод имеет диаметр 50 мм (2 дюйма). Труба, которая подает или собирает воду от одного или нескольких радиаторов, всего более 35 секций, должна иметь диаметр 2 дюйма; при 25–35 чугунных секциях диаметр должен составлять 1,5 дюйма; для 10–25 секций — 1 дюйм; и для менее чем 10 секций — 3/4 дюйма. Для длины трубы без радиаторов более 10 метров следует добавить 1/2 дюйма к указанным выше размерам, чтобы уменьшить сопротивление движению воды в трубах.

Чтобы выбрать мощность радиаторов для климата в Подмосковье, можно руководствоваться простым правилом: для обогрева десяти квадратных метров жилой площади в помещении высотой 2,5 метра, с одной внешней стеной и одной. окно, достаточно использовать 1 кВт; если в комнате две внешние стены и одно окно, то для отопления достаточно 1,2 кВт; если в комнате две внешние стены и два окна, то вам потребуется 1,3 кВт. Вам просто нужно знать площадь каждого отапливаемого помещения и рассчитать необходимую мощность радиатора.Обычно мощность одной секции радиатора указывается в магазине на ценнике. Мощность котла должна обеспечивать суммарную мощность всех секций всех радиаторов.

При выборе материала труб, мощности радиаторов и котла лучше спроектировать систему отопления с большей мощностью, чем вам потребуется, чем с меньшей. Например, полимерные трубы имеют меньшее гидравлическое сопротивление, чем стальные, и вы можете выбрать меньший диаметр. Однако лучше не уменьшать диаметр, а сделать систему того же диаметра, что и для стальных труб.Аналогично для радиаторов и бойлера. Причина в том, что регуляторы могут уменьшать мощность, но не увеличивать ее.

Здесь я должен кое-что объяснить. В теплотехнике есть два способа регулирования системы теплоснабжения, качества и количества, которые изменяют напор теплоты и, следовательно, скорость воды, температуру и объем жидкости в системе, в соответствии с определенной площадью поперечного сечения теплоносителя. труб в единицу времени.

Регулировка количества достигается с помощью различных типов клапанов, которые вы открываете или закрываете.Регулирование качества осуществляется путем изменения теплоты воды в системе (регулированием пламени в котле) и, следовательно, ее плотности, что приводит к изменениям объема, напора и температуры.

2-трубный термостат по выгодной цене — Выгодные предложения на 2-трубный термостат от мировых продавцов 2-трубных термостатов

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для 2-трубного термостата. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, так как этот термостат с двумя верхними трубами должен в кратчайшие сроки стать одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели свой двухтрубный термостат на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в двухтрубном термостате и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести 2 pipe thermostat по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Лучшая цена 2 тепловые трубки — Выгодные предложения на 2 тепловые трубки от глобальных продавцов 2 тепловых трубок

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для 2 тепловых трубок. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress.У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, так как эта две лучшие тепловые трубки в кратчайшие сроки станут одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что купили две тепловые трубки на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в двух тепловых трубках и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести 2 heat pipe по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Система водяного отопления — Процедура проектирования

При проектировании системы водяного отопления может использоваться процедура, указанная ниже:

1. Расчет теплопотерь в помещениях
2. Расчет мощности котла
3. Выбор нагревательных агрегатов
4. Выбор тип, размер и режим работы циркуляционного насоса
5. Составьте схему труб и рассчитайте размеры труб
6. Расчет расширительного бака
7. Расчет предохранительных клапанов

1.Расчет потерь тепла

Рассчитайте потери тепла при передаче через стены, окна, двери, потолки, полы и т. Д. Кроме того, необходимо рассчитать потери тепла, вызванные вентиляцией и проникновением наружного воздуха.

2. Мощность котла

Мощность котла может быть выражена как

B = H (1 + x) (1)

где

B = мощность котла (кВт)

H = общие тепловые потери (кВт)

x = запас на нагрев — обычно используются значения в диапазоне 0.От 1 до 0,2

Подходящий котел необходимо выбрать из производственной документации.

3. Выбор комнатных обогревателей

Номинальные характеристики радиаторов и комнатных обогревателей можно рассчитать как

R = H (1 + x) (2)

, где

R = рейтинг обогреватели в помещении (Вт)

H = потери тепла из помещения (Вт)

x = запас для обогрева помещения — общие значения в диапазоне 0.От 1 до 0,2

Нагреватели с правильными характеристиками должны выбираться из производственной документации.

4. Калибровочные насосы

Производительность циркуляционных насосов можно рассчитать как

Q = H / (h ₁ — h ₂ ) ρ (3)

где

Q = объем воды (м ³ / с)

H = общие тепловые потери (кВт)

ч ₁ = энтальпия потока воды (кДж / кг) (4 .204 кДж / кг. ^o C при 5 ^o C, 4,219 кДж / кг. ^o C при 100 ^o C )

h ₂ = энтальпия возвратной воды (кДж / кг)

ρ = плотность воды на насосе (кг / м ³ ) (1000 кг / м ³ при 5 ^o C, 958 кг / м ³ при 100 ^o C)

Для циркуляционных систем низкого давления — LPHW ( 3) можно приблизить к

Q = H / 4.185 (t ₁ -t ₂ ) (3b)

где

t ₁ = температура подачи ( ^o C)

22 20 t = температура обратки ( ^o C)

Для циркуляционных систем с низким давлением — LPHW напор от 10 до 60 кН / м ² и сопротивление трению основной трубы от 80 до 250 Н / м ² на метр труба обычная.

Для циркуляционных систем высокого давления — HPHW напор от 60 до 250 кН / м ² и сопротивление трению основной трубы от 100 до 300 Н / м ² на метр трубы является обычным явлением.

Циркуляционная сила в гравитационной системе может быть рассчитана как

p = hg (ρ ₁ — ρ ₂ ) (4)

где

p = давление циркуляции в наличии (Н / м ² )

h = высота между центром котла и центром радиатора (м)

g = ускорение свободного падения = 9.81 (м / с ² )

ρ ₁ = плотность воды при температуре подачи (кг / м ³ )

ρ ₂ = плотность воды при температуре возврата (кг / м ³ )

5. Определение размеров труб

Полная потеря давления в системе трубопроводов горячей воды может быть выражена как

p _t = p ₁ + p ₂ (5)

где

p _t = полная потеря давления в системе (Н / м ² )

p _{1 = основная потеря давления из-за трения (Н / м ² )}

p ₂ = незначительная потеря давления из-за фитингов (Н / м ² )

м В качестве альтернативы основная потеря давления из-за трения может быть выражена как

p ₁ = il (6)

, где

i = сопротивление трения основной трубы на длину трубы (Н / м ² на метр трубы)

л = длина трубы (м)

Значения сопротивления трению для фактических труб и объемных расходов можно получить из специальных таблиц, составленных для труб или трубок.

Незначительные потери давления из-за фитингов, таких как изгибы, колена, клапаны и т. П., Могут быть рассчитаны как:

p ₂ = ξ 1/2 ρ v ² (7)

или как выражается как «напор»

h _потеря = ξ v ² /2 g (7b)

где

ξ = коэффициент незначительных потерь 128 p

202 90 = потеря давления (Па (Н / м ² ), psi (фунт / фут ² ))

ρ = плотность (кг / м ³ , снарядов / фут ³ )

v = скорость потока (м / с, фут / с)

ч _потеря = потеря напора (м, фут)

г = ускорение свободного падения ( 9.81 м / с ² , 32,17 фут / с ² )

6. Расширительный бак

Когда жидкость нагревается, она расширяется. Расширение воды, нагретой от 7 ^o ° C до 100 ^° ° C , составляет приблизительно 4% . Чтобы избежать расширения, создающего давление в системе, превышающее расчетное давление, обычно расширяющуюся жидкость направляют в резервуар — открытый или закрытый.

Открытый расширительный бак

Открытый расширительный бак применим только для систем горячего водоснабжения низкого давления — LPHW.Давление ограничено самым высоким расположением бака.

Объем открытого расширительного бачка должен быть вдвое больше предполагаемого объема расширения в системе. Приведенная ниже формула может быть использована для системы горячего водоснабжения с нагревом от 7 ^o C до 100 ^o C (4%):

V _t = 2 0,04 V _w (8 )

, где

V _т = объем расширительного бака (м ³ )

V _w = объем воды в системе, м ³ )

Закрытый расширительный бак

В закрытом расширительном баке давление в системе частично поддерживается сжатым воздухом.Объем расширительного бачка можно выразить как:

V _t = V _e p _w / (p _w — p _i ) (8b)

где

V _т = объем расширительного бака (м ³ )

V _e = объем, на который увеличивается содержание воды (м 017 3 ) 9129

p _w = абсолютное давление резервуара при рабочей температуре — рабочая система (кН / м ² )

p _i = абсолютное давление холодного резервуара при заполнении — нерабочая система ( кН / м ² )

Расширяющийся объем может быть выражен как:

V _e = V _w (ρ _i — ρ _w ) / ρ _w (8c)

где

V _w = объем воды в системе (м ³ )

03

29

03

22 90 = плотность холодной воды при температуре наполнения (кг / м ³ )

ρ _w = плотность воды при рабочей температуре (кг / м ³ )

Рабочее давление системы — p _w — должно быть таким, чтобы рабочее давление в наивысшей точке системы соответствовало температуре кипения на 10 ^o ° C выше рабочей температуры.

p _w = рабочее давление в наивысшей точке

+ разница статического давления между наивысшей точкой и резервуаром

+/- давление насоса (+/- в зависимости от положения насоса)

7. Выбор предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны для систем с принудительной циркуляцией (насос)

Настройки предохранительного клапана = давление на выходе насоса + 70 кН / м ²

Предохранительные клапаны для систем самотечной циркуляции

Настройки предохранительного клапана = давление в системе + 15 кН / м ²

Чтобы предотвратить утечку из-за ударов в системе, обычно настройка составляет не менее 240 кН / м ² .

Что такое контурные тепловые трубки | Современные тепловые решения

Петлевые тепловые трубы (LHP) — это устройства для двухфазного теплопереноса, в которых используется та же капиллярная перекачка рабочей жидкости, что и в обычных тепловых трубках. LHP могут эффективно передавать тепло на расстояние до нескольких метров при любой ориентации в гравитационном поле. При горизонтальном размещении это расстояние может достигать нескольких десятков метров.

Развитие LHP было вызвано, главным образом, ограничением обычных тепловых труб, в которых фитильная система резко снижает свою теплопередающую способность, если испаритель поднимается выше, чем конденсатор.Эта потребность остро ощущалась в аэрокосмических приложениях, где тепло, выделяемое электроникой, должно было эффективно отводиться для целей рассеивания. Но устройство должно было быть гораздо менее чувствительным к изменениям ориентации в гравитационном поле. На рисунках 1а и 1б показана схема LHP [1].

Разработка петлевых тепловых труб началась в 1972 году. Рис. 1. Принципиальная схема работы петлевых тепловых труб [1, 2].

Первое такое устройство длиной 1.2 м, мощностью около 1 кВт, с водой в качестве рабочего тела, был создан и успешно испытан российскими учеными Герасимовым и Майдаником из Уральского политехнического института. Поскольку тепло необходимо переносить на большее расстояние, и поскольку циркуляция рабочей жидкости в тепловой трубе прямо пропорциональна коэффициенту поверхностного натяжения и обратно пропорциональна эффективному радиусу пор фитиля, потребовалась другая система для переноса тепла, когда испаритель находился над конденсатором.Это показано на рисунке 1.

Напор капилляра должен быть увеличен для компенсации потерь давления, когда жидкость движется к испарителю при работе против силы тяжести. Это можно сделать только за счет уменьшения эффективного радиуса пор фитиля. Однако увеличение гидравлического сопротивления примерно пропорционально квадрату радиуса поры. В результате не удалось построить тепловую трубу достаточной длины, которая могла бы эффективно работать против силы тяжести.Таким образом, появился стимул для разработки LHP, и теперь они находят дальнейшее применение в современной электронике.

Как указано, на производительность LHP влияет ряд ограничений. Qing et. al. [3] выполнили подробное исследование трех ключевых параметров производительности петлевой тепловой трубы для использования в криогенных приложениях. Этот LHP показан на рисунке 2.

1) Влияние размера пор фитиля — Хорошо известно, что максимальное капиллярное давление, создаваемое первичным фитилем, зависит как от эффективного размера пор, так и от поверхностного натяжения рабочей жидкости.Как правило, чем меньше размер пор и больше поверхностное натяжение, тем выше максимальное капиллярное давление. Меньший размер пор также приведет к большему сопротивлению потоку, что ограничит способность к теплопередаче. Рассматриваемые размеры пор составляли 2 и 10 мкм.
Рисунок 2. Схема LHP для криогенного применения [3].
Когда размер пор первичного фитиля больше (10 мм), способность теплопередачи LHP может достигать 26 Вт только при использовании резервуара меньшего размера (60 см3). Его способность действовать против силы тяжести сильно ослаблена.При размере пор фитиля 2 мм LHP может передавать тепловую нагрузку 26 Вт при горизонтальной ориентации независимо от объема используемого резервуара.

Рис. 2. Схема LHP для криогенного применения [3].

2. Влияние размера резервуара — Интересно посмотреть, как LHP будет работать с резервуарами разных размеров. Как показано на Рисунке 3, сочетание силы тяжести и размера резервуара оказывает прямое влияние на способность теплопередачи LHP.При неблагоприятной гравитации способность теплопередачи LHP составляет 12 Вт при использовании большего резервуара и только 5 Вт при использовании меньшего резервуара.
Рис. 3. Теплоотдача LHP с диаметром пор 2 мм и 10 мм в горизонтальной ориентации [3].

3. Влияние рабочей жидкости — жидкости имеют различное поверхностное натяжение, которое влияет на способность теплопередачи LHP.

Рисунок 4 демонстрирует эту возможность:
Рисунок 4.Способность теплопередачи LHP, когда рабочей жидкостью является кислород [3].

Хотя это и не показано на рисунке 4, когда в качестве рабочего тела используется кислород, а не азот, способность теплопередачи может достигать 50 Вт при горизонтальной ориентации при сохранении других экспериментальных условий.

Приложения LHP
Это обсуждение подчеркнуло функциональность и важность проектных параметров для производительности LHP. Хотя это обсуждение касается аэрокосмического приложения, LHP также использовались для стандартной электроники.Майданик приводит несколько примеров использования миниатюрных LHP в микроэлектронике [1]. На Рисунке 5 показано «использование плоских дисковых испарителей в LHP. Схема и внешний вид таких испарителей толщиной 10 и 13 мм
, термоконтактная поверхность которых выполнена в виде фланца диаметром 45 мм для крепления источника тепла. Результаты разработки аммиачных ЛТД длиной 0,86 м и 1 м с паропроводом и жидкостным трубопроводом диаметром 2 мм, оборудованных такими испарителями из нержавеющей стали. На испытаниях устройства продемонстрировали работоспособность при любых ориентациях в условиях 1g.Максимальная мощность составляла, соответственно, 90–110 Вт и 120–160 Вт, в зависимости от ориентации, а значение минимального теплового сопротивления 0,30 К / Вт и 0,42 К / Вт ».

Рис. 5. Фотография и схема плоских дисковых испарителей в LHP [1].

Другая конструкция показана на рисунке 6, где миниатюрные LHP изготовлены из нержавеющей стали и меди, а рабочими жидкостями являются аммиак и вода. Аммиачная LHP имеет испаритель диаметром 5 мм с титановым фитилем и трубопроводы диаметром 2 мм для пара и жидкости.. Водяная LHP оснащена испарителем диаметром 6 мм и трубопроводами диаметром 2,5 мм. Эффективная длина устройств составляет около 300 мм.

Рисунок 6. Миниатюрные LHP [1].

Каждый имеет ребристый конденсатор длиной 62 мм, общая площадь которого составляет около 400 см ² . Конденсаторы охлаждаются вентилятором, обеспечивающим расход воздуха 0,64 м ³ / мин при температуре 22 ± 2 ° C.
Испытания показывают, что максимальная мощность LHP аммиака составляет 95 Вт при температуре стенок испарителя 93 ° C.Максимальная мощность для воды LHP не была достигнута, но при той же температуре она была равна 130 Вт. Минимальные значения термического сопротивления LHP, 0,12 K / W и 0,1K / W, были получены при тепловых нагрузках 70 Вт. и 130 Вт соответственно. Следует отметить, что LHP аммиака продемонстрировал более высокое значение коэффициента теплопередачи в испарителе, которое достигло 78000 Вт / м2 · К при плотности теплового потока 21,2 Вт / см. ² на поверхности границы раздела с площадью 4 см ² .Для воды LHP эти значения составили соответственно 31 700 Вт / м ² K и 35 Вт / см ² . В этом случае на поверхности активной зоны испарителя плотность теплового потока была намного выше. Для аммиака LHP оно составило 44,5 Вт / см ² , а для воды 69,1 Вт / см ² [3].

Рисунок 7. Фотография и схема кулера процессора на базе LHP [4, 5].

Другой пример LHP в микроэлектронике показан на рисунке 7. Здесь LHP был разработан для охлаждения процессора мощностью 25-30 Вт с общим весом 50 г.Этот LHP был основан на медь-воде с диаметром испарителя 6 мм.
В заключение, LHP могут устранить многие недостатки, присущие обычным тепловым трубам, и предоставить дополнительные возможности. Как показал Майданик, капиллярный механизм в сочетании с размером резервуара и использованием различных жидкостей может дать значительные преимущества, которые нелегко увидеть в тепловых трубках. Некоторые из них включают:

• использование фитилей с мелкими порами,
• максимальное уменьшение дальности движения жидкости в фитиле,
• организация эффективного теплообмена при испарении и конденсации рабочего тела, а,
• максимальное снижение потерь давления на транспортном (адиабатическом) участке.

Наряду с преимуществами, получаемыми от LHP, необходимо тщательно продумать использование жидкостей в электронике и потенциальную нестабильность работы. Если не управлять эксплуатационной нестабильностью, то это может вызвать термоциклирование охлаждаемого электронного компонента. Как и в случае с тепловыми трубками, эксплуатационное высыхание или потеря жидкости из-за утечки может вывести LHP из строя. В остальном LHP кажутся привлекательным дополнением к арсеналу вариантов охлаждения, доступных инженеру-конструктору.■

Ссылки:
1. Майданик Ю., Петлевые тепловые трубы, Прикладная теплотехника, 2005.
2. Мураока И., Рамос Ф., Власов В. Анализ эксплуатационных характеристик и пределы петлевой тепловой трубы с пористым элементом в конденсаторе, Международный журнал тепло- и массообмена, V44, 2001.
3. Мо, К., Цзинтао, Л., Цзинхуэй, К., Исследование эффектов трех ключевых параметров теплопередачи CLHP, Cryogenics V47, 2007.
4. Чанг, К., Хуанг, Б., Майданик, Ю., Возможность использования мини-LHP для охлаждения процессора ноутбука, Proc. 12-й Междунар. Конференция по тепловым трубам, Москва, Россия, май 2002 г.
5. Пастухов В., Майданик Ю., Вершинин С., Коруков М. Миниатюрные контурные тепловые трубки для электронного охлаждения

Пористые структуры в тепловых трубках

1. Введение

Двухфазные системы теплопередачи с капиллярным приводом имеют важные преимущества по сравнению с традиционными однофазными системами.Наиболее значительным преимуществом, связанным с фазовым переходом рабочего тела, является более высокий коэффициент теплопередачи, что приводит к улучшенной теплопередаче. По сравнению с однофазной жидкой системой требуются меньшие массовые расходы для передачи эквивалентных количеств теплового потока для заданного диапазона температур. Лучшие тепловые характеристики и более низкий массовый расход обеспечивают преимущество двухфазной системы в виде меньшей и легкой конструкции и повышенной производительности. Однофазная система требует высокого температурного градиента или высокого массового расхода для передачи большого количества теплового потока, поскольку теплоемкость однофазной системы зависит от изменения температуры рабочей жидкости.Двухфазная система обеспечивает практически изотермический режим работы независимо от тепловой нагрузки.

Кроме того, однофазные системы нуждаются в механических насосах или вентиляторах для циркуляции рабочей жидкости, в то время как в двухфазных системах с капиллярным приводом рабочая жидкость циркулирует без каких-либо дополнительных механических устройств, что делает такие системы более надежными и не потребляющими электроэнергии. . Самая известная двухфазная система с капиллярным приводом — тепловая трубка, ее схема показана на рисунке 1. Концепция тепловой трубки была впервые предложена Гоглером в 1944 году [1] и Трефетеном [2], но не получила широкого распространения до серьезные опытно-конструкторские работы Гровера и его коллеги в лаборатории Лос-Аламоса [3].Тепловые трубы — это пассивные устройства теплопередачи, которые переносят тепло от одной точки (источника тепла) к другой (радиатор) с чрезвычайно высокой теплопроводностью из-за скрытой теплоты испарения рабочего тела. Как показано на рисунке 1, он состоит из контейнера, рабочего тела, фитиля и имеет три секции (испарительная, адиабатическая и конденсаторная) [4].

Рисунок 1.

Схема тепловой трубы.

Поскольку одной из наиболее важных частей тепловой трубки HP и петлевой тепловой трубки LHP является пористая фитильная структура, эта работа сосредоточена на экспериментах, влияющих на пористую фитильную структуру на способность теплопередачи тепловой трубы и петлевой тепловой трубки.

2. Тепловая трубка

Тепловая трубка представляет собой устройство теплопередачи, использующее фазовый переход рабочей жидкости для передачи тепла от источника тепла к радиатору и капиллярных сил, возникающих в структуре фитиля, к циркуляции рабочей жидкости. Тепловая трубка состоит из герметично закрытой емкости с фитильной структурой на внутренней поверхности и рабочей жидкости, близкой к температуре насыщения. Тепло, передаваемое через контейнер жидкости в испарителе, вызывает испарение жидкости и поток пара через открытую сердцевину испарителя с тепловой трубой.Пар выходит из испарителя через адиабатическую секцию в конденсатор. Там пар конденсируется, и выделяемое тепло передается через структуру фитиля и стенку емкости в окружающую среду конденсатора. Конденсированная жидкость насыщает структуру фитиля и создает капиллярное давление; таким образом жидкость перекачивается обратно в испаритель. Работа тепловой трубы в основном зависит от параметров емкости, рабочей жидкости и конструкции фитиля. Правильный выбор и конструкция основных частей тепловой трубы влияют на ее рабочие характеристики, определяемые ограничениями теплопередачи, эффективной теплопроводностью и осевым перепадом температур.Двухфазная теплопередача рабочего тела делает тепловую трубу идеальной для передачи тепла на большие расстояния с очень небольшим перепадом температуры из-за температурной стабилизации почти изотермической поверхности, создаваемой во время работы. Практически изотермические условия работы тепловой трубы связаны с работой рабочей жидкости в термодинамическом насыщенном состоянии, когда тепло переносится с использованием скрытой теплоты парообразования вместо явной теплоты или теплопроводности. Тепло, переносимое с использованием скрытой теплоты парообразования, в несколько раз больше, чем тепло, переносимое явным теплом для геометрически эквивалентной системы.Двухфазная система рабочей жидкости с капиллярным приводом позволяет эффективно передавать большое количество тепла без дополнительных механических насосных систем, уменьшая площадь теплопередачи и, таким образом, экономя материал, стоимость и вес. Широкий диапазон используемых рабочих жидкостей, высокий КПД, малые размеры и вес, а также отсутствие внешних насосов делают тепловые трубы привлекательными вариантами в широком диапазоне приложений теплопередачи [4].

2.1. Конструкция тепловой трубки

В зависимости от типа тепловая трубка может состоять из нескольких основных частей.При разработке тепловых трубок основные компоненты и материалы остались прежними. Самая простая тепловая трубка состоит из двух основных частей: корпуса (контейнера) и рабочего тела. Внутри корпуса тепловой трубы может быть размещена капиллярная структура (фитиль), позволяющая конденсированной жидкой фазе рабочей жидкости капать против потока пара из-за капиллярного действия. Такая тепловая трубка называется фитильной тепловой трубкой. Тепловая трубка без капиллярной структуры называется гравитационной тепловой трубкой, потому что она возвращает жидкую фазу из конденсаторной части в испарительную часть, что происходит под действием силы тяжести [5].

2.1.1. Контейнер

Контейнер тепловой трубы может иметь разную форму для разных применений, но чаще всего представляет собой закрытую трубу круглого, плоского или треугольного сечения. Основная функция контейнера с тепловой трубкой — изолировать рабочую жидкость от внешней среды. Контейнер тепловой трубы должен быть достаточно прочным, чтобы предотвратить внутренние размеры и внутреннее давление в случае сжатия или изгиба. Выбор материала контейнера зависит от многих свойств и должен иметь наиболее подходящую комбинацию (совместимость с рабочей жидкостью и окружающей средой, отношение прочности к весу, теплопроводность, пористость, смачиваемость, обрабатываемость, формуемость, свариваемость или склеиваемость).Материал контейнера должен обладать высокой теплопроводностью, твердым и прочным, но при этом легко поддающимся механической обработке, формованию, а также пайке и сварке. Поверхность материала должна быть хорошо увлажненной, но, по крайней мере, пористой, насколько это возможно, чтобы избежать диффузии газа. Тепловые трубки чаще всего изготавливаются из стали, меди, алюминия и их сплавов. Также используются различные покрытия из стальных материалов [6].

2.1.2. Рабочая жидкость

Поскольку работа тепловой трубы основана на испарении и конденсации рабочей жидкости, ее выбор является важным фактором при проектировании и производстве тепловой трубы.Рабочая жидкость выбирается, в частности, в соответствии с диапазоном рабочих температур тепловой трубы. Поэтому при выборе рабочего тела необходимо соблюдать осторожность, если диапазон рабочих температур рабочего тела лежит в диапазоне рабочих температур тепловой трубы. Тепловая трубка может работать при любой температуре, находящейся в диапазоне от тройной до критической точки рабочего тела. Критерием принятия решения при выборе рабочего тела, в случае рабочих жидкостей с одинаковой рабочей температурой, является соответствующее сочетание термодинамических свойств рабочего тела.Рекомендуемые характеристики, которыми должна обладать рабочая жидкость, — это совместимость с материалом капиллярной структуры и контейнера с тепловой трубкой, хорошая термическая стабильность, смачиваемость капиллярной структуры и контейнера с тепловой трубкой, давление пара в диапазоне рабочих температур, высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость жидкая и паровая фаза, высокая теплопроводность, высокая скрытая теплота парообразования, приемлемая температура плавления и точка затвердевания [6]. В таблице 1 показаны типичные рабочие жидкости для тепловых труб, отсортированные по диапазону рабочих температур.

Полезный диапазон (° C)

003

От 450 до 900

61009

Рабочая жидкость	Точка плавления при атмосферном давлении (° C)	Температура кипения при атмосферном давлении (° C)	Скрытая теплота парообразования (кДж кг -1	)
Гелий	−271	−269	21	−271 до −269
Азот	−210	−1				−1	От 203 до −160
Аммиак	−78	−33	1360	−60 до 100
Ацетон	−95	57
								−98	64	1093	от 10 до 130
Этанол	−112	78	850	от 0 до 130
Вода	0	100	2260	30 до 200
Меркурий	−39	361	298	250 до 650
Цезий
Калий	62	774	1938	от 500 до 1000
Натрий	98	895	3913	от	до 9 Литий					1340	19,700	от 1000 до 1800
Серебро	960	2212	2350	от 1800 до 2300

Таблица 1.

Обычные рабочие жидкости с тепловыми трубками.

2.1.3. Фитильные структуры

Фитильная структура и рабочая жидкость создают капиллярные силы, необходимые для перекачки жидкости из конденсатора в испаритель и поддержания равномерного распределения жидкости в капиллярном материале. Фитили для тепловых трубок можно разделить на однородные или составные. Однородные фитили состоят из одного материала и одной конфигурации. Наиболее распространенными типами однородных фитилей являются сетчатый фильтр, металлокерамика и осевая канавка.Композитные фитили состоят из двух или более материалов и конфигураций. Наиболее распространенными типами композитных фитилей являются переменная сетка сита, канавка с сеткой, плита сита с канавками и туннель сита с канавками. Независимо от конфигурации фитиля, желаемые свойства материала и структурные характеристики фитильных конструкций с тепловыми трубками включают высокую теплопроводность, высокую пористость фитиля, малый радиус капилляров и высокую проницаемость фитиля [6].

2.2. Работа тепловой трубы

Для работы тепловой трубы максимальное капиллярное давление должно быть больше, чем полное падение давления в тепловой трубе.

Суммарный перепад давления в тепловой трубе состоит из трех частей:

1. ΔP _l — перепад давления в фитильной конструкции, необходимый для возврата жидкости из конденсатора в испаритель.

2. ΔP _v — это падение давления в паровой зоне, необходимое для потока пара из испарителя в конденсатор.

3. ΔP _г — это падение давления под действием силы тяжести, зависящее от наклона тепловой трубы, которое может быть нулевым, положительным или отрицательным.

Правильная работа тепловой трубы должна соответствовать условию:

ΔPc, max≥ΔPl + ΔPv + ΔPgE1

Если тепловая труба не соответствует этому условию, она не будет работать из-за высыхания фитиля в секция испарителя. Это состояние называется капиллярным пределом, который определяет максимальный тепловой поток в рабочем диапазоне большинства тепловых труб. Скорость пара в жидкометаллических тепловых трубках может достигать звуковых значений при запуске и при определенных высоких температурах. Тогда производительность тепловой трубы ограничивается скоростью звука, и эффекты сжимаемости необходимо учитывать при расчете падения давления пара.Другими наиболее важными ограничениями являются давление пара или предел вязкости, которые возникают при включении тепловой трубы, когда тепловая труба работает при низкой температуре. Однако давление в конденсаторе не может быть меньше нуля, низкое давление пара жидкости в испарителе приводит к тому, что разница давлений пара между испарителем и конденсатором тепловой трубы недостаточна для преодоления сил вязкости и силы тяжести. Когда тепловая труба работает при высоких тепловых потоках, поток пара может увлекать жидкость, возвращающуюся в испаритель, и вызывать высыхание испарителя.Это состояние называется ограничением уноса. Вышеупомянутые ограничения тепловой трубки относятся к осевому потоку. Во время работы тепловой трубы разница температур радиального теплового потока относительно мала. Когда тепловой поток достигает критического значения, поверхность стенки испарителя покрывается паровой подушкой, что приводит к увеличению разницы температур в испарителе. Ограничение, связанное с радиальным потоком в тепловой трубе, называется пределом кипения [7].

Если предполагаются стабильные свойства жидкости вдоль трубы, равномерная структура фитиля вдоль трубы и пренебрежение перепадом давления из-за потока пара, общий тепловой поток тепловой трубы определяется как

Q = mmax..L.E2

mmax. = Ρl.σlμl.K.Al.2re − ρl.g.lσl.sinθE3

3. Петлевая тепловая трубка

Петельная тепловая трубка была разработана для решения неотъемлемой проблемы включения длинного фитиля с малым радиусом пор в обычных тепловых трубках Герасимова и Майданика в 1972 году. LHP — это двухфазное устройство теплопередачи, которое использует испарение и конденсацию рабочей жидкости для отвода тепла и капиллярных сил, возникающих в мелких пористых фитилях для циркуляции жидкости. . На рисунке 2 показана схема LHP.Он состоит из испарителя с фитильной структурой, компенсационной камеры, конденсатора и трубопровода для жидкости и пара. Фитильная конструкция есть только в испарителе и компенсационной камере. Остальные части ЛТН выполнены из гладкостенной трубы. Фитильная структура испарителя имеет мелкие поры для создания капиллярного давления и обеспечения циркуляции рабочей жидкости в контуре. Фитильная конструкция компенсационной камеры имеет более крупные поры для транспортировки рабочей жидкости к испарителю.Тепло, приложенное к испарителю, заставляет эту рабочую жидкость начать испаряться, и пар проталкивается через паропровод к конденсатору из-за капиллярных сил в фитиле испарителя. Пар конденсируется в конденсаторе, и жидкость течет по жидкостной линии в компенсационную камеру. Функция компенсационной камеры заключается в хранении излишков жидкости и в регулировании рабочей температуры петлевой тепловой трубы. Таким образом, рабочая жидкость циркулирует в контуре без внешнего насоса [8, 9].

Рисунок 2.

Схема контура тепловой трубы.

LHP может работать только в том случае, если капиллярное давление, создаваемое в фитиле испарителя, больше, чем полное падение давления в контуре. Суммарный перепад давления в тепловой трубке контура складывается из перепадов давления на трение в канавках испарителя, паропровода, конденсатора, жидкостной линии, фитиля испарителя и статического падения давления под действием силы тяжести:

ΔPtotal = ΔPgrove + ΔPvap + ΔPcon + ΔPliq + ΔPw + ΔPgE4

Капиллярное давление фитиля испарителя определяется выражением

ΔPcap = 2σ.cosθRE5

где σ — поверхностное натяжение рабочей жидкости, θ — угол контакта между жидкостью и фитилем, а R — радиус кривизны мениска в фитиле. Увеличение тепловой нагрузки на испаритель увеличивает массовый расход и общее падение давления в системе. Реакцией на это является уменьшение радиуса кривизны мениска, так что капиллярное давление будет выше, чем падение давления всей системы. Увеличение тепловой нагрузки приведет к уменьшению радиуса кривизны мениска до радиуса пор фитиля.Максимальная капиллярная перекачиваемость фитиля выражена выражением.

ΔPcap, max = 2σ.cosθRvE6

Дальнейшее увеличение тепловой нагрузки приведет к проникновению пара через фитиль и обезвоживанию системы. Таким образом, при нормальной работе должно всегда выполняться следующее условие [10]:

ΔPtotal≤ΔPcapE7

Уильямс и Харрис [11] исследовали плоские и поперечные свойства ступенчатых металлических войлочных фитилей для применения тепловых труб. Пористость, эффективный радиус пор и проницаемость для жидкости определяли с использованием данных по пропитке, капиллярной порометрии и скорости потока давления, соответственно.Авторы определили, что многие корреляции в литературе для размера пор и проницаемости носят слишком общий характер, повторяя выводы Боннефоя и Охтербека [12] в отношении эффективной теплопроводности.

Холли и Фагри [13] описали методы измерения проницаемости и эффективного радиуса пор, основанные на тесте скорости нарастания.

Обычно испытание на скорость подъема требует наблюдения за фронтом жидкости, когда она поднимается в сухом фитиле, частично погруженном в лужу жидкости.Поскольку точное местоположение этого фронта может быть трудно обнаружить, авторы разработали метод, использующий поглощение массы, а не фронт мениска, для определения скорости подъема жидкости в фитиле. Анализируя поднимающийся мениск, авторы разработали серию уравнений, которые можно использовать для численного уменьшения данных по поглощению массы, чтобы получить результаты по проницаемости и размеру пор.

Можно найти несколько соотношений для проницаемости, наиболее распространенным является уравнение Блейка-Козени [14, 15], которое дает проницаемость слоя упакованных сфер как

K = rv2ε337.51 − ε2E8

где, K — проницаемость, r _p — радиус поры, а ε — пористость.

Рен и Ву [16] смоделировали эффект эффективной теплопроводности фитиля в испарителях LHP; Была разработана двумерная осесимметричная модель, дающая результаты, в некоторых отношениях согласующиеся с литературными данными, а именно положение фронта жидкости по отношению к нагретому ребру [17, 18].

Чжао и Ляо [18] представили температурные профили, указывающие на уменьшение утечки тепла для увеличения теплового потока в слое упакованных сфер.

Iverson et al. [19] исследовали тепломассоперенос в спеченных медных фитильных структурах. Образцы фитилей устанавливались вертикально, при этом нижняя часть погружалась в бассейн с водой. Нагреватель, установленный на задней поверхности фитиля, подавал энергию на образец, и результирующие градиенты температуры измерялись вместе с массовым расходом рабочей жидкости.

Большая часть тепловой нагрузки используется при испарении на внешней поверхности фитиля [20]. Остальная часть подводимого тепла (так называемая «утечка тепла») проходит через фитиль и пропорциональна эффективной теплопроводности (ETC) капиллярных фитилей [21].Более низкая теплопроводность пористого фитиля обеспечивает меньшую теплопроводность жидкости внутри внутренней поверхности фитиля и поддерживает рабочую температуру и, следовательно, тепловое сопротивление всего LHP.

Ку [10] и Фурукава [22] разработали простейшую модель утечки тепла LHP, которая использует параметр проводимости, который зависит от геометрии и рабочих условий.

Qe, cc = Ge, ccTe − TccE9

где Q — мощность, G — параметр проводимости, а T — температура испарителя и компенсационной камеры.

В установившемся режиме утечка тепла в компенсационную камеру должна компенсироваться жидкостью, возвращающейся из конденсатора; Уравнение (7) результаты, где ΔT представляет собой переохлаждение возвращающейся жидкости

Qe, cc = m.cpΔTE10

, где m — массовый расход, а c _p — удельная теплоемкость.

Чуанг [23] разработал стационарную модель LHP, которая разбивает общую утечку тепла на два отдельных компонента: в осевом направлении от испарителя к компенсационной камере и радиально от источника тепла к сердечнику испарителя.Эти два эффекта связаны между собой тем, что образование пузырьков пара в активной зоне испарителя из-за радиальной утечки уменьшает общий путь теплового потока обратно в компенсационную камеру, увеличивая осевую утечку [10].

Чуанг вывел следующие выражения для осевой и радиальной утечки тепла, соответственно:

Qleak, a = keffATe − TccL + NukfπLTe − Tcc2E11

Qleak, r = 2πkeffLςroriς − 1ΔTWE12

9000 утечка мощности 9020, где Q2 _{утечка тепла , k eff — эффективная теплопроводность, A — площадь, L — характерная длина, Nu — число Нуссельта, k f — теплопроводность жидкости, и ς представляет безразмерное соотношение адвекции и проводимости, задаваемое формулой}

ς = м.cp2πkeffLE13

В своем анализе и эксперименте Чуанг принял этот параметр равным нулю, т.е. чистой проводимости. Для исследованных случаев малой мощности это предположение было верным и привело к низкой ошибке; однако для высоких уровней мощности или низкой проводимости фитиля это предположение теряет силу.

3.1. Фитиль LHP

Фитиль — одна из основных частей петлевой тепловой трубы. Для достижения хорошей теплопередачи LHP ожидается фитильная структура с высокой пористостью и проницаемостью и мелким радиусом пор.Наиболее часто используемые фитильные конструкции в петлевых тепловых трубках изготавливаются из спеченных металлов, таких как медь, никель, нержавеющая сталь, титан или полимеры (полипропилен, полиэтилен, ПТФЭ) [24, 25, 26].

Reimbrechta et al. использовали метод спекания порошкового крана с использованием графитовой матрицы для изготовления никелевых фитилей для капиллярных насосов [27]. Это показывает, что графит слабо взаимодействует с никелем за счет спекания никелевых порошков при обычных температурах спекания. Комбинация двух различных методов, спекания холодным прессованием и прямого спекания рыхлого типа, была использована Gongming et al.[28], для разработки фитилей из Ni и Ni-Cu (90% никеля и 10% меди) для петлевых тепловых труб. Они обнаружили, что с помощью метода прямого спекания со средним радиусом пор 0,54 мкм можно получить оптимальную структуру фитиля Ni-Cu. Хуанг и Франчи [29] использовали медную сетку экрана и два порошковых материала (никелевый нитевидный порошок и сферический медный порошок) для изготовления бимодальной структуры фитиля. Но он показал, что эти фитили могут быть неисправными. Саманта и др. [30] разработали металлические конструкции с никелевым фитилем для литья под давлением и провели исследование его физических характеристик в зависимости от времени спекания (30, 60 и 90 мин) и температуры (900, 930 и 950 ° C).Gernert et al. [31] разработали тонкопористую фитильную структуру для LPH. Wu et al. [32] обсуждали влияние кривой температуры спекания на структуру фитиля, изготовленную для LHP. Launay et al. в работе [20] к основным параметрам фитильной структуры относят пористость, диаметр пор и проницаемость. Оптимальная пористость спеченного фитиля составляет от 30 до 75%, а оптимальная проницаемость — от 10 ^-14 до 3 × 10 ^-13 м ² . Пористость фитильной структуры уменьшается при повышении температуры спекания или давления формования.Большинство спеченных пористых материалов имеет диаметр пор от 1 до 20 мкм, за исключением меди, диаметр пор которой составляет от 20 до 1000 мкм.