ХАРАКТЕРИСТИКИ МІЦНОСТІ ПЛОСКООВАЛЬНИХ ТРУБ З ВУГЛЕЦЕВОЇ СТАЛІ ДЛЯ ДВОФАЗНИХ ТЕРМОСИФОНІВ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО ДІАПАЗОНУ

Євген Письменний; Олександр Руденко; Олександр Ніщик; Олександр Терех; Євген Алексеїк

doi:10.20535/1813-5420.1.2025.324201

Автор(и)

Євген Письменний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-6403-6596
Олександр Руденко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-8541-9710
Олександр Ніщик Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-1149-1928
Олександр Терех Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-1320-8594
Євген Алексеїк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-4889-8879

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.1.2025.324201

Ключові слова:

характеристики міцності, плоскоовальна труба, двофазний термосифон

Анотація

Розвиток та вдосконалення теплообмінних апаратів та систем охолодження і термостабілізації електронної техніки потребує використання нових високоефективних теплопередавальних елементів, які здатні передавати значні теплові потоки при малих габаритних розмірах. Широкого застосування в якості таких елементів набули двофазні термосифони (ДТС). Завдяки простій технології виготовлення, зручній формі та високим теплоаеродинамічним показникам перспективними для використання в якості корпусів ДТС є плоскоовальні труби. При роботі в низькотемпературному діапазоні внутрішній тиск в ДТС може досягати 4 МПа, тому ключовим є питання міцності. Оскільки дані щодо характеристик міцності плоскоовальних труб відсутні, то це питання потребує дослідження.

В статті представлено результати експериментальних досліджень характеристик міцності плоскоовальних труб з поздовжнім зварним швом, виготовлених із вуглецевої сталі. Для проведення досліджень із таких труб було виготовлено 3 зразки ДТС, заправлених водою. Внутрішній тиск створювався за рахунок підведення теплоти до ДТС. Його величина визначалась за температурою насичення, яка, в свою чергу, знаходилась за показами термопар, встановлених на зовнішній поверхні корпуса ДТС.

Отримані результати показали, що за температур до 210°С і тисків до 19,074·10⁵ Па зміна форми поперечного перерізу ДТС з корпусом із плоскоовальної труби не відбувалась. Збільшення температури та тиску призводило до деформації корпуса ДТС із подальшою його розгерметизацією. При цьому в усіх випадках розгерметизація відбувалась по шву на торці заправного штенгеля. Також були отримані закономірності зміни геометричних розмірів плоскоовальних ДТС в залежності від температури та тиску в графічному вигляді. Отримані дані необхідно враховувати при створення систем охолодження, термостабілізації та теплообміну на основі плоскоовальних ДТС.

Посилання

Y. Y. Nikolaienko, “Schematic solutions of heat removal organisation from the computer functional modules by means of two-phase heat transfer elements”, Control Syst. Comput., № 2, с. 29–37, 2005.

M. K. Bezrodnyi, S. S. Volkov, V. B. Ivanov та V. N. Petrov, “Development and improvement of power technological units cooling systems of non-ferrous metallurgy based on the use of closed two-phase thermosyphons”, Promyshlennaya Energetika, № 2, с. 34–37, 1984.

M. H. Semena, A. N. Hershuni та A. I. Rudenko, “Characteristics of two-phase thermosyphons as heat exchanger elements”, Promyshlennaya Energetika, № 4, с. 41–44, 1988.

I. L. Pioro, V. A. Antonenko ta L. S. Pioro, Efficient Heat Exchangers With Two-Phase Thermosyphons. Kyiv: Nauk. Dumka, 1991.

A. N. Hershuni ta A. P. Nishchyk, “Development and implementation of efficient heat recovery units based on evaporative-condensation type heat transfer elements”, Ind. Heat Eng., vol. 19, № 6, p. 69–73, 1997.

S. M. Khairnasov, B. M. Rassamakin, Y. V. Bykov, “Study of thermal regimes of middle-temperature no-wick heat-pipe for exhaust gases heat recovery systems with temperatures more than 400 °C”, POWER ENG.: Econ., Technique, Ecol., № 1, p. 89–95, 2014.

A. A. Eidan, S. E. Najim, J. M. Jalil, “Experimental and numerical investigation of thermosyphone performance in HVAC system applications”, Heat Mass Transf., vol. 52, № 12, p. 2879–2893, March 2016. https://doi.org/10.1007/s00231-016-1800-y

M. Alizadeh, D. D. Ganji, “Heat transfer characteristics and optimization of the efficiency and thermal resistance of a finned thermosyphon”, Appl. Thermal Eng., vol. 183, p. 116136, Jan. 2021. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.116136

M. Gürtürk, C. Kale, B. Kok, “Investigation of the performance of a new thermosyphon heat pipe design for applications heat transfer from liquid to gas”, Appl. Thermal Eng., art. no. 116520, Dec. 2020. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.116520

V. A. Kondratiuk, O. M. Terekh, O. V. Baraniuk, Ye. M. Pysmennyi, “Heat transfer of staggered bundles of flat oval tubes in transverse flow”, Eastern-Eur. J. Enterprise Technol., vol. 1, № 8(73), p. 43-48, Feb. 2015. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.37318

Ye. M. Pysmennyi, V. A. Kondratiuk, O. M. Terekh, O. I. Rudenko, O. V. Baraniuk, “Analysis of experimental data on aerodynamic drag of flat-oval tube bundles”, Eastern-Eur. J. Enterprise Technol., vol. 6, № 8(78), p. 19-24, Dec. 2015. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.55529

V. A. Kondratiuk, A. M. Terekh, V. A. Rogachov, A. V. Baranyuk, A. I. Rudenko, “Analysis and generalization of the experimental data on heat transfer in staggered bundles of flat-oval tubes”, Int. J. Energy Clean Environ., vol. 18, № 3, p. 189–202, 2017. https://doi.org/10.1615/interjenercleanenv.2017021912

Y. V. Zhukova, A. M. Terekh, S. A. Isaev, E. N. Pismenny, “Aerodynamic and heat transfer characteristics of an oval-shaped tube at different reynolds numbers”, Heat Transfer Res., vol. 51, № 15, p. 1383–1397, 2020. https://doi.org/10.1615/heattransres.2020035821

E. N. Pis’mennyi, “Ways for improving the tubular heaters used in gas turbine units”, Thermal Eng., vol. 59, № 6, p. 485–490, May 2012. https://doi.org/10.1134/s0040601512060080

O. M. Terekh, O. V. Semeniako, O. I. Rudenko, V. A. Kondratiuk, “Heat transfer of a single drop shaped cylinders in cross flow”, Eastern-Eur. J. Enterprise Technol., vol. 1, № 8(67), p. 27-31, Feb. 2014. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.20066

Y. V. Zhukova, A. M. Terekh, A. I. Rudenko, “Convective heat transfer and drag of two side-by-side tubes in the narrow channel at different Reynolds number”, Doklady Nat. Acad. Sci. Belarus, vol. 62, № 6, p. 756–762, Jan. 2019. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2018-62-6-756-762

A. I. Rudenko, O. O. Mezentseva, A. M. Terekh, “Efficiency of introduction of innovative energy-saving equipment at the enterprises of the housing and utilities sector of Ukraine”, Bus. Inform, № 3, с. 220–224, 2014.

O. I. Rudenko, O. O. Mezentseva, O. M. Terekh, M. M. Vozniuk, “Innovative energy-saving equipment for heat and power companies”, Scientific Bull. Uzhhorod Univ.. Ser. "Econ.", № 2(48), с. 228–232, 2016.

O. I. Rudenko, O. O. Mezentseva, O. M. Terekh, “Economic efficiency of innovative energy-saving equipment for energy and industrial enterprises”, Innov. Econ., № 3 (41), с. 117–120, 2013.

G. I. Voronin, Low Temperature Heat Pipes for Aircrafts. Moscow: Mashynostroenye, 1976.

M. N. Ivanovsky, V. P. Sorokin, B. A. Tchulkov, I. V. Yagodkin, Heat Pipe Technological Fundamentals. Moscow: Atomizdat, 1980.

V. A. Alekseev, V. A. Arefev, Heat Pipes for Cooling and Temperature Control of Radio-Electronic Equipment. Moscow: Enerhyia, 1979.

S. W. Chi, Heat Pipe. Theory and Practice. Moscow: Mashynostroenye, 1981.

P. D. Dunn, D. A. Reay, Heat Pipes. Moscow: Enerhyia, 1979.

A. I. Rudenko, V. M. Baturkin, S. K. Zhuk, D. N. Olefirenko, “Experimental study of a heat pipe for space vehicles”, Ind. Heat Eng., vol. 24, № 6, 2002.

N. B. Varhaftik, Reference Book on Thermophysical Properties of Gases and Liquids. Moscow: MEOPML, 1963.

M. M. Shyshkov, Steel and Alloys: A Reference Book. Ed. 3rd, Supplemented. Donetsk, 2000.

Y. M. Pysmennyi, O. I. Rudenko, O. P. Nishchyk, O. M. Terekh, Y. S. Alekseik, L. V. Lipnitskyi, “Method of fixing the pipe in the hole of the pipe board”, Patent of Ukraine 154428, 15 Now. 2023.