Nemanja Filipović - AMSS-CMV d.o.o.

Milan Gojak - Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet

PRENOŠENJE TOPLOTE U GRAVITACIONOJ TOPLOTNOJ

CEVI

Funkcionisanje gravitacione toplotne cevi

Model prenošenja toplote

1

2

3

4

- Radijalna toplotna

otpornost zida isparivača

- Otpornost prelaženju

toplote pri isparavanju fluida

- Otpor povezan sa padom temperature

pare u aksijalnom pravcu termosifona

- Otpornost prelaž

R

R

R

R

5

6

enju toplote

pri kondenzaciji fluida

- Radijalna toplotna otpornost

zida kondenzatora

- Otpor provođenju toplote zida

termosifona u aksijalnom pravcu

R

R

Otpori su definisani poznatim izrazima

1

e w

1ln

2π

s

u

rR

L λ r

2

e

1

2π u e

Rr L α

2

, ,

o v

3 2 4

v v

82

π

sat e sat c

u

t tL Rμ

Rr p ρ r

4

c

1

2π u c

Rr L α

5

z

1ln

2π

s

c u

rR

L λ r

e c a

6 2 2

0,5

πw s u

L L LR

λ r r

w,s,e w,s,c

e

t tQ

R

r

e 6e r

e 6

R RR

R R

r

e 1 2 3 4 5 R R R R R R

w,s,e

w,s,c

- toplotni protok koji prenosi termosifon

iz isparivačke u kondenzacijsku oblast

- temperatura spoljašnje površi

termosifona u isparivačkoj oblasti

- temperatura spoljašnje površi

termo

Q

t

t

e

r

e

sifona u kondenzacijskoj oblasti

- ekvivalentni toplotni otpor

termosifona

- ekvivalentni toplotni otpor

redno vezanih otpora

R

R

Procedura proračuna

Proračun je izvršen iterativnim postupkom

• Proračun počinje pretpostavljanjem temperaturskog polja

• Zatim se vrši određivanje merodavnih termofizičkih veličina radnog fluida

• Zatim se prema prethodno navedenim izrazima određuju toplotne otpornosti i toplotni protok

, , , , , , , , , ,, , , , ,w s e w u e sat e sat c w u c w s ct t t t t t

, , , , , , ,v v l v l lp ρ ρ μ μ R r λ

1 2 3 4 5 6, , , , , ,R R R R R R Q

• Na osnovu izračunatih toplotnih otpora i toplotnog protoka vrši se izračunavanje pretpostavljenih temperatura primenom izraza

• Sa izračunatim temperaturama proračun se nastavlja u sledećoj iteraciji, i ponavlja iz iteracije u iteraciju, sve dok se vrednosti svih temperatura izposlednje i pretposlednje iteracije, u granicama zadane tačnosti, ne poklope.

, , , ,

w,s,e w,s,c

w,u,e w,s,e 1

6

w,s,e w,s,c

sat,e w,u,e 2

6

w,s,e w,s,c

sat,c sat,e 3

6

w,s,e w,s,c

w,u,c sat,c 4

6

w s e w s c et t Q R

t tt t Q R

R

t tt t Q R

R

t tt t Q R

R

t tt t Q R

R

Rezultati i analiza

Izvršena je analiza uticaja različitih dimenzija i materijala cevi kao i različitih radnih fluida na radne karakteristike termosifona.

• Kombinacije materijala cevi i radnog fluida: bakar - voda, aluminijum- amonijak, aluminijum - freon 11, nerđajući čelik - ugljen dioksid.

• Analiza je izvršena za spoljašnje poluprečnike od 50mm, 25 mm i 5 mm, dok su analizirane dužine termosifona iznosile 2 m, 1 m i 0,5 m.

• U svim analiziranim slučajevima uzimano je da dužina isparivačkog, kondenzacijskog i adijabatskog dela iznose 70%, 20% i 10% od ukupne dužine termosifona.

Termosifon bakar – voda: zavisnost toplotnog protokaod temperature u isparivačkom delu i od dimenzija

termosifona pri

Termosifon bakar – voda: zavisnost toplotnog protokaod temperature u isparivačkom delu i od dimenzija

termosifona pri o

, , 10 Cw s ct o

, , 90 Cw s ct

Za razliku od 20 C 3250 W Q

Za razliku od 20 C 4600 W Q

Termosifon aluminijum-amonijak: zavisnost toplotnog protoka

od temperature u isparivačkom delu i od dimenzija termosifona.

50 mm 8000W sr Q

25mm 4000 W sr Q

5mm 800 W sr Q

Termosifon aluminijum-freon 11: zavisnost toplotnog protoka od temperature u isparivačkom

delu i od dimenzija termosifona.

Termosifon čelik-ugljendioksid: zavisnost toplotnog protoka od

temperature u isparivačkom delu i od dimenzija termosifona.

Poređenje termosifona sa

različitim radnim fluidima.

Zaključak

• Razvijeni model je dao očekivane rezultate, u saglasnosti sa podacimaiz literature. Model daje mogućnosti analize različitih uticaja natermičke karakteristike toplotne cevi. Pokazano je da geometrijatermosifona i termofizička svojstva fluida imaju značajan uticaj naprenošenje toplote u termosifonu. Na osnovu dobijenih rezultatamoguće je zaključiti da termosifon veoma efikasno, sa malimotporom, prenosi toplotu i ima široke mogućnosti primene u procesnoj tehnici i termičkom inženjerstvu.