Кот-пилот

Здравствуйте уважаемые коллеги.
Купив себе компьютер, я был неприятно поражен, впервые залезши внутрь этой железяки.(залез после того,как затарахтел вентилятор на процессоре).Система охлаждения-слов нет,просто ужас...Как кондиционерщик и вентиляционщик, с удовольствием оторвал бы руки тому идиоту,который всё это "спроектировал"
Потом набрел на этот сайт и прочёл о тепловых трубках, и их изготовлении. В силу своей профессии имею в распоряжении вакуумный насос, трубогибы,паяльный пост, медную трубу,теплообменники( в частности, испарители от неисправных внутр.блоков кондиционеров). и пр, и т.п.

Вопросы по расчёту трубок таковы:
1.Соотношение диаметра трубки и толщины стенки ? (на фото в статье можно увидеть, что соотношение примерно10:1)

2.Соотношение длины и диаметра трубки ?

3.Максимальный диаметр трубки? (в готовых магазинных изделиях их диам. примерно 5 мм). Просто под соотношение Диаметр/толщина стенки, равное 10:1 более всего подходит наша труба диам.9.5мм с толщиной 0.8мм.
Не сильно ли толстая труба?

4.Кол-во воды в трубке? (зависимость от объёма трубки)

5.Добавки к воде? (учебник химии в школе и институте открывался редко, поэтому в статье не понял хим.термины)

6.Из чего всё-таки лучше делать фитиль ?
С уважением.

robinz

По размерам:

1. Медные трубки 9.5х0.8 вполне подойдут. Чем тоньше стенка трубки, тем меньше ее тепловое сопротивление (лучше). Главное чтобы держала вакуум (максимум 1 атм давить будет снаружи).

2. Чем больше внутренний диаметр, тем больше тепловой поток. В одну сторону движется пар, в другую вода по фитилю.

3. Длина может быть и метр и больше. Если место нагрева ниже места охлаждения, вода (рабочая жидкость) будет стекать под действием силы тяжести, то есть трубка будет работать без фитиля (термосифон). Если тепло надо переносить вниз, все зависит от возможности фитиля поднимать воду вверх.

4. Все что сможет впитать фитиль, плюс еще чуть-чуть (эксперименты в помощь).

5. Подойдет и чистая вода.

6. Фитиль от керосиновой лампы. Другие капиллярно-пористые материалы (хлопковая ткань например).

Перед откачкой воздуха, воду надо заморозить.

philosopher

Доброго времени, Кот-пилот.
Очень удачно, что заинтересовавшись ТТ, уже есть все необходимое под рукой. Такое редко бывает... :)
Попробую изложить свое вИдение...
Диаметр парового канала напрямую влияет на теплопроводность (тепловой поток), но он ограничен не только толщиной стенки, но и толщиной и материалом фитиля, поэтому помимо тонкой стенки должно оставаться место для фитиля. Вобщем, должна быть зависимость диаметра парового канала от проницаемости фитиля (чем он толще, тем этот показатель выше, зато и больше тепловое сопративление, но если фитиль хиловат, а паровой канал широкий, при отрицательных углах наклона трубка все равно будет очень слабо работать). Вобщем, нужны формулы, учитывающие массу коэффициентов, принебрежение которыми может привести к обратному истенному выводу. Так, производитель ТТ подчеркивал, что при бОльшей толщине стенки, тепловое сопративление будет ниже. Возможно это потому, что за счет распростронения тепла в толще стенки растет площадь испаряющей поверхности, точно не знаю.
Чаще всего, в кулерах применяют 6мм ТТ. Все чаще встречаются 8мм-е. 5мм - восновном, в старых кулерах или в некоторых Залмановских, выпускаемых поныне.
Трубка с большим диаметром будет хороша, если изогнешь ее до вакуумирования. Ибо под действием вакуума, при сгибании может легко сложиться/уменьшить внутренний объем, повысив тем самым давление и ухудшив реакционную способность. Поэтому тонкостенными трубками большОго диаметра увлекаться не стОит. (вспомним, что кулеростроители не даром облюбовали диаметр 6мм, как наиболее оптимальный по совокупности противоположенных характеристик) Указанная тобой труба 9,5х0,8мм - самое то.
О кол-ве теплоносителя. Очень точно, даже зная необходимый обьем ты вряд ли нальешь, т.к. счет там идет на сотые доли мг. Нужно если не спец.дозатор, то как минимум опыт в титровании в аналитической лаборатории. Хотя, если не для потока, где важна строгая повторяемость, то хватит и обычной медицинской пипетки со шкалой или тоненького шприца. Если теплоносителя налить мало, при перегреве трубка перестанет работать, т.к. все испарится, а пар все равно не будет пересыщенным, чтобы начаться конденсации. Если налить через чур много - трубка будет иннертной, т.е. с низкой реакционной способностью, зато сможет работать при более высоких тепловых нагрузках, перенося больше ватт тепла. А как узнать кол-во, то, как заметил г-н robinz, нужно столько, сколько впитывает фитиль (если он сам по себе, то + еще немного; а если налил в открытую трубку с фитилем, то вылевай все, что сможет само вылиться (ибо на смачивание стенок и пойдут те "+ еще немного")).
Для радиоэлектроники по совокупности факторов лучше всего подходит дистелированная вода. Сжиженные газы, органические жидкости и др. химия - хуже. Их использование может быть вызвано сторонними факторами (например: нужен минимальный вес, а значит - алюминиевые трубки и аммиак внутри; или просто нет вакуумного компрессора, тогда - легкокипящие жидкости (спирт, ацетон) или органические газы(пропан, бутан, фреоны)). Если сможешь создать разряжение в трубке при минусовой темп-ре ниже 0,1атм., то используй Н2О.
Фитили. Самые продвинутые - ...нет, не из спеченного медного порошка. Они на втором месте. На первом - медная "вата". Очень тонкие медные волокна, упорядоченные по кругу по внутренней стенке трубки. Такой фитиль можно сделать минимальной толщины, а проводить жидкости он будет не хуже хлопкового, а тепло (что как раз и влияет на тепловое сопративление) - в десятки раз лучше, чем хлопок (я имею ввиду толщу фитиля поперек волокон, а не сам материал). Главный недостаток - дома вообще не реально получить. Остается медный порошок: понадобится тепловая камера (хоть просто разогретая проходная трубка, с бОльшим внутр. диаметром, чем заготовка ТТ) и центрифуга (да хоть подобие токарного станка). Дальше все "просто": отсеиваем фракцию медного порошка (медные пищинки определенного размера), насыпаем в трубку, помещаем в нагревательную камеру и начинаем быстро вращать вокруг продольной оси. Центробежная сила соберет "песок" ровным слоем по стенкам, а строго выставленная темп-ра спечет их м/у собой и сенкой. Далее следует промывка агрессивными хим.реактивами, которые съедят окалину и расширят каналы в "медной губке". Но проще всего для домашних экспериментов использовать комбинированный фитиль: хлопчато-проволочный. Причина - высокая капилярная сила за счет целюлозных волокон и упругость за счет проволоки. Идеальный вариант - продеть несколько чисто Х/Б нитей через трубку по внутреннему периметру (с небольшим зазором, не в плотную!) и прижать их к стенкам свернутой в спираль тонкой никелированной медной проволокой. Так получится стабильно контактирующий со стенкой фитиль, не затрудняющий (за счет пробелов) выход пара и четко разграниченный паровой канал (если будет просто ХБ - возможно его закупоривание при изгибании готовой трубки).
Надеюсь, смог дать не просто советы в стиле "ИМХО", но и пояснить некоторые вещи, всилу своих скромных знаний в данном вопросе (просто сам очень интересуюсь ТТ).
Удачи!!!

robinz

Нашел интересные данные для разработки ТТ:

Одним из параметров рабочего тела в ТТ является Энтальпия кипения (количество энергии затрачиваемой на перевод количества вещества в парообразное состояние).

У воды:
Энтальпия кипения ΔHкип (кДж/моль): 40,66
Стандартная мольная теплоемкость Cp (298 К, Дж/моль•K):
75,299 (ж)

У этанола:
Энтальпия кипения ΔHкип (кДж/моль): 839,3
Стандартная мольная теплоемкость Cp (298 К, Дж/моль•K): 1,197 (г)

Значит по этому параметру этанол луче воды в 21 раз!

Теплоемкость мало влияет на теплопередачу в ТТ, так как совершенно другой порядок значений кДж = 1000 Дж. (если у нас будет перепад температур в 1000 градусов, тогда теплоемкость уже влияет на равных :)

Моль, если кто не знает, - количество молекул вещества.

По температуре кипения мы тоже в плюсе этанол 78 С - чем она ближе к рабочей температуре, тем меньше перепад давлений, внутри трубки - снаружи.

Давление в трубке с этанолом при 32С будет около 10кПа.
Давление в трубке с водой при 32С будет около 4кПа.

У спирта будет большее количество молекул в одинаковом объеме, это значит большая эффективность конденсации. Практически конечно влияет много факторов.

Интересно, что лучше на практике?

philosopher

robinz, попробуй. Мне уже тоже интересно.

philosopher

Я, конечно, уже плохо помню курс неорганики (зато помню, как сдавал коллоквиум по ней :( ), но чисто интуитивно вижу подвох:
Получается, что на испарение воды затрачивается меньше энергии (сама молекула легче), а испарившись, каждый моль воды переносит больше тепла (в 62,9 раза.). И где же выигрыш спирта? Если только в необходимости создания меньшего разряжения...
А вот эту фразу я и со второго прочтения так и не понял:
Перефразируй, если можно, процитируй литературу, откуда это взято. Я не вижу в этой фразе никакого смысла, ведь именно за высокую энергию скрытого переноса тепла воду и выбирают для ТТ. Неужели от затрат на несколько капель спирта трубки были бы существенно дороже? Там медь и технологии только чего стоят... А при градиенте температур в 1000 градусов, уже не вода в медной трубке нужна, а натрий - в титановой (и такие ТТ находят применение, но не в компьютерах).
А вот это уже полный бред:
И с чего это? Молекула воды в разы меньше, чем молекула спирта, кроме того, вода, как ты сам писал, имеет меньшую энергию фазового перехода, значит, ей понадобится (кстати, сколько там весит моль воды и моль этанола?) меньше удельной энергии на испарение. Похоже, выигрыш, действительно, только в меньшей темп-ре кипения. Если давлением ее выровнять (а именно этот параметр задается в трубке "рукотворно"), вода уйдет по всем параметрам в далекие лидеры. Конкуренцию еще могут составить только сжиженные газы, но уже при повышенных давлениях, что есть опасно в момент пайки и эксплуатации (дельта давлений внутри/в среде для вакуумных трубок в десятки раз меньше, чем например, для жидкого метана, а тут уже необходимость увеличивать толщину стенки ТТ). Получается, что вода и впрямь, самый сбалансированный хладогент (рапбочее тело) для "бытовых" ТТ.
Интерес еще могут представлять трубки с комбинированным рабочим телом, что может дать небольшое преимущество перед "классическим" РТ - водой.

robinz

Немного расчетов, что теплоемкость не важна:

Допустим, что у нас 1 моль воды в ТТ. Вот как это работает:

1. Вода нагревается в нагревателе до температуры кипения. Допустим, что в ТТ перепад в 1 градус по Цельсию, и "холодная" вода нагревается на этот один градус, тогда 1 моль воды забирает 75 Дж энергии. (теплоемкость)

2. Вода испаряется в нагревателе, при этом 1 моль воды забирает 40660 Дж энергии. (энтальпия кипения)

3. В конденсаторе (охладителе) процесс обратный, пар конденсируется и отдает 40660 Дж энергии.

4. Вода охлаждается на 1 градус и дополнительно отдает 75 Дж энергии.

Из порядка чисел видно, что "делает всю работу"...

Речь идет об одном факторе, не так ли?

По совокупности факторов, возможно что вода лучше. Практика это доказывает...

Интересно, в чем проблема у спирта?

Теплоемкость явно не причем.
Теплопроводность очень важный фактор. При кипении и конденсации рабочее тело должно хорошо проводить тепло.

Теплопроводность воды: 0.6 Вт/м2*м*К
Теплопроводность спирта: 0.167 Вт/м2*м*К

Из практики известно, что коэффициент конденсации у спирта как раз в 4 раза меньше, чем у воды... Как это отлично коррелирует с теплопроводностью :)

philosopher

robinz, не из вредности, но все еще не могу с тобой согласиться. Не вижу физического смысла в фразе про большее кол-во молекул спирта в одинаковом объеме. Может я и ошибаюсь, но на ум приходит сравнение другого порядка: в одинаковых комнатах слоны и люди. Слонов туда ни как не влезет больше, чем людей, даже если слоны будут очень "энергичными". А даже вялые, но маленькие люди будут в большем кол-ве гулять по комнате, не мешая, кроме того, друг другу делать работу. То же и с молярным числом спирта и воды. Моль спирта весит гораздо больше. Понимаешь, к чему я клоню? В замкнутом объеме другие характеристики выходят на передний план, а то, что на открытом воздухе спирт, испаряясь с ладони, охлаждает ее заметно сильнее - никто не спорит :)

robinz

Слоны и люди вносят дополнительный фактор разный вес, да и объем...

Теоретический эксперимент: две коробки одинакового объема, в одной одна молекула, в другой десять, где большая вероятность соударения молекулы со стенкой? Я так понимаю чтобы отдать энергию в случае конденсации нужно кинетическое взаимодействие (соударение со стенкой)...
Этот смысл я и хотел передать той фразой...

Кот-пилот

Спасибо, коллеги.
По механической части более-менее понятно.Будем пробовать. Хреново только что комп на гарантии, с контрольными пломбами...