Охолодження випаровуванням. СПК
|
Охолодження випаровуванням порівняно з конкуруючими методами теплопровідності, конвекції і теплового випромінювання є найбільш ефективним способом охолодження системи чи предмету.
Зміст
Системи закритого випаровування
В металі, що добре проводить тепло (наприклад мідь), роблять багато вертикальних паралельних отворів, через які знизу прокачується охолоджувальна рідина (зазвичай вода). Вона випаровується і забирає значну кількість енергії (латентного тепла), що дуже ефективно охолоджує метал. Пара витягується і проходить через повітряний конденсатор, де конденсується і вивільняє тепло.
Отвори мають протилежні плоскі поверхні, через що бульбашки пари виробляють більш турбулентний плин, тим самим запобігаючи плівковому кипінню з недостатньою теплопередачею від металу до рідини.
Великою перевагою випарного охолодження над іншим методом охолодження є дуже висока ефективність і захист від перегріву, за умови, що охолоджуюча рідина перекачується. З водою можна досягти максимального теплового потоку 300 кВт/м2, не пошкоджуючи поверхні теплообміну.
Щоб випарувати воду при 100 °C і 1013 мбар потрібно витратити ΔU = 2257 кДж/кг. Натомість питома теплоємність рідкої води лише 4,187 кДж/(кг·K). Для того, щоб досягти такого ж відводу тепла зі звичайним водяним охолодженням з однаковою циркуляцією охолоджуючої рідини, вода повинна бути підігріта до 540 K.
Порівняння результатів
У наступній таблиці показано приклади систем охолодження з анодами різних типів та їхнє максимальне питоме навантаження.
| Спосіб охолодження | Тип аноду | Максимальне питоме навантаження |
|---|---|---|
| Пасивне охолодження | графіт, молібден | 10 Вт/см² |
| Повітряне охолодження | зовнішній анод з міді з ребрами охолодження | 50 Вт/см² |
| Водяне чи масляне охолодження | зовнішній анод з міді, занурений в охолоджуючу рідину | 100 Вт/см² |
| Охолодження випаровуванням | зовнішній анод з міді, з якого випаровується вода | 500 Вт/см² |
Очевидно, що найбільша ефективність у системи охолодження випаровуванням. При цьому використовується значна теплоємність випаровування води.
Системи відкритого випаровування
Установки, в яких в якості холодоагенту (робочого тіла) використовується сухий лід, рідкий азот або гелій[1], що випаровується в спеціальній відкритій ємності (склянці), встановленій безпосередньо на охолоджуваному елементі. Використовуються в основному комп'ютерними ентузіастами для екстремального розгону апаратури («оверклокінгу»). Дозволяють отримувати найнижчі температури, але мають обмежений час роботи (вимагають постійного поповнення склянки холодоагентом).
Джерела
- Hans Heinrich Meinke, Friedrich-Wilhelm Gundlach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik. Springer 1992, ISBN 3-540-54715-0
- Tom Lewis: Empire of the Air: The Men Who Made Radio. Harpercollins 1991, ISBN 0-06-018215-6
