Україна, м. Київ, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського».

Наведено результати експериментального дослідження проникності пористих металоволокнистих капілярних структур (МВКС) з діаметром волокон 10 — 50 мкм і пористістю 57 — 90% за умов фільтрації рідини вздовж площини войлокування. Встановлено, що проникність залежить від геометричних параметрів МВКС (діаметра волокон), пористості та напрямку фільтрації рідини. При цьому у попередніх дослідженнях проникності в основному не звертали уваги на напрям руху рідини в капілярній структурі, оскільки вважалося, що металоволокниста структура є ізотропною, і дослідження проникності проводилося при фільтрації поперек волокон. Реально ж, на відміну від регулярних капілярних структур (порошкових), металоволокнисті структури є анізотропічними, тобто їхні характеристики залежать від напрямку фільтрації рідини. В теплових трубах волокна МВКС розташовуються переважно паралельно вісі труби, тому рух рідини від зони конденсації до зони випаровування відбувається вздовж волокон.
Було встановлено, що при пористості від 55 до приблизно 70% проникність не залежить від напрямку фільтрації, а вже в області пористості від 70% до граничних значень похибка може досягати 50%. У цьому діапазоні пористості проникність при фільтрації рідини поперек волокон значно вище, ніж при фільтрації вздовж волокон. З цієї причини очевидно, що відомі розрахункові співвідношення для визначення коефіцієнтів проникності МВКС, отримані при фільтрації рідини поперек волокон, не можуть бути застосовані для розрахунків теплових труб. За результатами аналізу і обробки отриманих експериментальних даних запропоновано емпіричну залежність, яка узагальнює їх з похибкою до 20% у всьому діапазоні досліджуваних значень пористості.
Результати проведених досліджень можуть бути використані для проектування теплових труб з максимальними теплопередавальними характеристиками для охолодження електронної техніки.

Ключові слова: теплова труба, проникність, капілярно-пориста структура, пористість, діаметр волокна.

1. Федасюк Д.В. Методи та засоби теплового проектування мікроелектронних пристроїв. Львів, Вид-во Держ. ун-ту "Львівська політехніка", 1999, 228 с.
2. Jo H. S., An S., Nguyen X. H., Kim Y., Bang B. H., James S. C., Choi J., Yoon S. S. Modifying capillary pressure and boiling regime of micro-porous wicks textured with graphene oxide. Applied Thermal Engineering, 2018, no. 128, р. 1605-1610. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.09.103
3. Семена М.Г., Гершуни А.Н., Зарипов В.К. Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами. Киев, Вища школа. Головное изд-во, 1984, 215 с.
4. Косторнов А. Г., Шаповал А. А., Мороз А. Л. и др. Тепловые трубы с капиллярными структурами на основе композиционных градиентных материалов для теплообменных систем космического и авиационного назначения. Космічна наука і технологія, 2009, т. 15, № 2, c. 69-79. https://doi.org/10.15407/knit2009.02.069 (Rus)
5. Reay D.A., Kew P.A., McGlen R.J. Heat pipes: theory, design and applications. Elsevier, 2014, 251 p.
6. Andraka Ch. E., Moss T. A., Baturkin V. et al. High performance felt-metal-wick heat pipe for solar receivers. AIP Conference Proceedings, 2016. http://dx.doi.org/10.1063/1.4949054.
7. Гершуни А.Н., Нищик А.П. Гидродинамические характеристики металлических пористых тонковолокнистых материалов для систем охлаждения электронной аппаратуры. Труды XVIII Междунар. науч.-практ. конф. "Современные информационные и электронные технологии". Украина, Одесса, 2017, с. 39-41.
8. Marcus B. D. Theory and design of variable conductance heat pipes, NASA Technical Reports Server (NTRS), 1972, 238 p.
9. De Kerpel K., De Schampheleire S., Steuperaert H. et al. Experimental study of the effect of felt wick porosity on capillary-driven heat pipes. Applied Thermal Engineering, 2016, vol. 96, pp. 690-698. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.11.070
10. Шевель Е.В, Мельник Р.С. Исследование проницаемости металловолокнистых капиллярно-пористых структур вдоль плоскости войлокования. Энерготехнологии и ресурсосбережение, 2015, № 1, с. 33-36. https://doi.org/10.33070/etars.1.2015.04 (Rus)
11. Батуркин В.М., Зарипов В.К., Кравец В.Ю. и др. Исследование структурных и механических свойств металловойлочных фитилей, предназначенных для высокотемпературных тепловых труб - солнечных ресиверов. Энергетика, № 2, 2002, с. 41-46
12. Некрашевич Я.В. Теплопередавальні характеристики мініатюрних теплових труб з металоволокневою капілярною структурою. Дис. ... канд. техн. наук, НТУУ "КПІ ім. Ігоря Сікорського", 2014, с. 148.