Войти
Циркуляция термосифона в простом солнечном водонагревателе Термосифон (или термосифон ) представляет собой метод пассивного теплообмена, основанный на естественной конвекции, который обеспечивает циркуляцию текучей среды без необходимости использования механического насоса. Термосифонирование используется для циркуляции жидкостей и летучих газов в системах отопления и охлаждения, таких как тепловые насосы, водонагреватели, котлы и печи. Термосифонирование также происходит через градиенты температуры воздуха, такие как те, которые используются в дровяном дымоходе или солнечном дымоходе.
. Эта циркуляция может быть разомкнутой, например, когда вещество в сборном баке проходит в одном направлении через нагретый передаточная трубка, установленная на дне резервуара, в точку распределения - даже одну, установленную над исходным резервуаром, - или это может быть вертикальный замкнутый контур с возвратом в исходный контейнер. Его цель - упростить перекачку жидкости или газа, избегая стоимости и сложности обычного насоса. Обратите внимание, что диаграмма, изображенная в этой статье, предназначена только для иллюстрации, а не в качестве рабочей модели, так как нет иллюстрированного источника воды для пополнения бака при использовании крана.
Естественная конвекция жидкости начинается, когда передача тепла в жидкость вызывает разница температур от одной стороны контура до другой. Явление теплового расширения означает, что разница температур будет иметь соответствующую разницу в плотности в контуре. Более теплая жидкость на одной стороне контура менее плотная и, следовательно, более плавучая, чем более холодная жидкость на другой стороне. Более теплая жидкость будет «плавать» над более холодной жидкостью, а более холодная жидкость будет «опускаться» ниже более теплой жидкости. Это явление естественной конвекции известно по пословице: «тепло поднимается». Конвекция перемещает нагретую жидкость вверх в системе, поскольку она одновременно заменяется более холодной жидкостью, возвращающейся под действием силы тяжести. Хороший термосифон имеет очень небольшое гидравлическое сопротивление, так что жидкость может легко течь под относительно низким давлением, создаваемым естественной конвекцией.
В некоторых ситуациях поток жидкости может быть дополнительно уменьшен или остановлен, возможно, потому что контур не полностью заполнен жидкостью. В этом случае система перестает конвектировать, поэтому это не обычный «термосифон».
Тепло может передаваться в этой системе за счет испарения и конденсации пара; однако система правильно классифицируется как термосифон с тепловой трубкой . Если система также содержит другие жидкости, такие как воздух, тогда плотность теплового потока будет меньше, чем в реальной тепловой трубе, которая содержит только одну жидкость.
Термосифон иногда неправильно описывают как «самотечный возврат тепловая трубка ». Тепловые трубы обычно имеют фитиль для возврата конденсата в испаритель посредством капиллярного действия. Фитиль в термосифоне не нужен, потому что сила тяжести перемещает жидкость. Фитиль позволяет тепловым трубкам передавать тепло в отсутствие силы тяжести, что полезно в космосе. Термосифон «проще», чем тепловая трубка.
(Однофазные) термосифоны могут передавать тепло только «вверх» или в сторону от вектора ускорения. Таким образом, для термосифонов ориентация гораздо важнее, чем для тепловых трубок. Также термосифоны могут выйти из строя из-за пузыря в контуре и потребовать циркуляционного контура труб.
Если трубопровод термосифона сопротивляется потоку или используется чрезмерное тепло, жидкость может закипеть. Поскольку газ более плавучий, чем жидкость, конвективное давление больше. Это хорошо известное изобретение под названием ребойлер. Группа ребойлеров, прикрепленных к паре плена, называется каландрией. В некоторых случаях, например в системе охлаждения для более старого автомобиля (до 1950-х годов), кипение жидкости приводит к прекращению работы системы, поскольку создаваемый объем пара вытесняет слишком много воды и циркуляция прекращается.
Термин «термосифон с фазовым переходом» является неправильным, и его следует избегать. Когда в термосифоне происходит фазовый переход, это означает, что в системе либо недостаточно жидкости, либо она слишком мала, чтобы передавать все тепло только за счет конвекции. Для повышения производительности необходимо либо больше жидкости (возможно, в большем термосифоне), либо все другие жидкости (включая воздух) должны быть откачаны из контура.
Солнечная система отопления с термосифоном Термосифоны используются в некоторых жидкостных системах солнечного отопления для нагрева жидкости, такой как вода. Вода нагревается солнечной энергией и зависит от тепловой энергии, передаваемой от солнца к солнечному коллектору. Тепло от коллектора может передаваться воде двумя способами: напрямую, когда вода циркулирует через коллектор, или косвенно, когда раствор антифриза переносит тепло от коллектора и передает его воде в баке. через теплообменник. Конвекция позволяет вытеснять нагретую жидкость из солнечного коллектора более холодной жидкостью, которая, в свою очередь, нагревается. В связи с этим принципом необходимо, чтобы вода хранилась в резервуаре над коллектором
Термосифоны используются для водяного охлаждения внутренних компьютерных компонентов, чаще всего процессор. Хотя можно использовать любую подходящую жидкость, вода является самой простой жидкостью для использования в термосифонных системах. В отличие от традиционных систем водяного охлаждения, термосифонные системы основаны не на насосе, а на конвекции для перемещения нагретой воды (которая может стать паром) от компонентов вверх к теплообменнику. Там вода охлаждается и готова к рециркуляции. Наиболее часто используемым теплообменником является радиатор, в котором воздух активно продувается через систему вентилятора для конденсации пара в жидкость. Жидкость рециркулирует через систему, таким образом повторяя процесс. Насос не требуется - цикл испарения и конденсации является самоподдерживающимся.
Без надлежащего охлаждения современный процессорный чип может быстро нагреться до температуры, которая приведет к его неисправности. Даже с установленным обычным радиатором и вентилятором типичная рабочая температура процессора может достигать 70 ° C (160 ° F). Термосифон может эффективно передавать тепло в гораздо более широком диапазоне температур и обычно может поддерживать температуру процессора на 10–20 ° C ниже, чем традиционный радиатор и вентилятор. В некоторых случаях также возможно, что термосифон может охватывать несколько источников тепла и с точки зрения конструкции быть более компактным, чем обычный радиатор и вентилятор соответствующего размера.
Термосифоны должны быть установлены таким образом, чтобы пар поднимался вверх, а жидкость стекала вниз в котел, без изгибов в трубке для жидкости в бассейн. Кроме того, для работы вентилятора термосифона, охлаждающего газ, необходим холодный воздух. Система должна быть полностью герметичной; в противном случае процесс термосифона не вступит в силу и приведет к испарению воды только в течение небольшого периода времени.
Схема 1937 года охлаждения двигателя полностью за счет термосифонной циркуляции Ранние автомобили, автомобили, а также сельскохозяйственное и промышленное оборудование с приводом от двигателя использовали термосифонную циркуляцию для перемещения охлаждающей воды между блоками цилиндров и радиатор. Они зависели от движения автомобиля вперед и вентиляторов, чтобы пропустить через радиатор достаточно воздуха, чтобы обеспечить перепад температур, вызывающий циркуляцию термосифона. По мере увеличения мощности двигателя требовался увеличенный поток, поэтому для улучшения циркуляции были добавлены насосы с приводом от двигателя. Тогда в более компактных двигателях использовались радиаторы меньшего размера и требовались более сложные схемы потока, поэтому циркуляция стала полностью зависеть от насоса и даже могла быть обращена против естественной циркуляции. Двигатель, охлаждаемый только термосифоном, подвержен перегреву во время длительных периодов холостого хода или очень медленного движения, когда поток воздуха через радиатор ограничен, если только один или несколько вентиляторов не могут перемещать достаточно воздуха для обеспечения надлежащего охлаждения. Они также очень чувствительны к низкому уровню охлаждающей жидкости, т. Е. Потеря лишь небольшого количества охлаждающей жидкости останавливает циркуляцию; Система с приводом от насоса намного более надежна и обычно может работать с более низким уровнем охлаждающей жидкости.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Термосифонами. |
