Експериментальне дослідження теплопередачі гнітової теплової трубки з оседям з магнітної нержавіючої сталі при різних кутах її нахилу
DOI:
https://doi.org/10.15330/pcss.27.2.346-355Ключові слова:
експериментальна установка, гнітова теплова трубка, індукційний нагрів, кут нахилу, теплопередача, теплова ефективністьАнотація
Представлено результати експериментального дослідження функціонування гнітової теплової трубки з інноваційною системою індукційного нагріву. Робота є логічним продовженням теоретичних досліджень, опублікованих авторами у 2025 році, та спрямована на верифікацію математичної моделі теплових процесів у системі «індуктор – магнітне осердя – теплоносій». Конструкція досліджуваної трубки включає мідний корпус, гніт на основі сітки з нержавіючої сталі AISI 304 та феромагнітне осердя зі сталі AISI 430. Нагрівання здійснювалося за допомогою паралельного резонансного контуру на частоті 28,15 кГц.
Метою роботи було визначення впливу кута нахилу на теплову ефективність трубки в низькотемпературному діапазоні (18–50°C). Описано архітектуру експериментальної установки, що включає двоканальний термометр на базі мікроконтролера Arduino та плівкових терморезисторів, які забезпечують високу точність вимірювань у зонах випаровування та конденсації.
В результаті серії експериментів отримано сімейства температурних кривих для кутів нахилу 30°, 45°, 60° та 90°. Встановлено, що при вертикальній орієнтації (90°) трубка демонструє найвищу ізотермічність та мінімальний час виходу на стаціонарний режим. Виявлено характерний температурний поріг активації фазового переходу в районі 30–32°C. Доведено, що при зменшенні кута нахилу нижче 30° теплова ефективність суттєво знижується, що зумовлено обмеженим капілярним потенціалом сталевого гніта AISI 304, який не забезпечує достатнього повернення конденсату в зону нагріву в умовах слабкого впливу гравітаційної складової. Отримані дані дозволяють оптимізувати параметри теплових трубок для їх застосування в мобільних системах індивідуального обігріву, зокрема в термокарематах, та вказують на необхідність модернізації гнітової структури для роботи в горизонтальному положенні.
Посилання
Shu Fang, Rui Wang, Haisu Ni, Hao Liu, Li Liu, A review of flexible electric heating element and electric heating garments, Journal of Industrial Textiles, 51, (2022); https://doi.org/10.1177/1528083720968278.
Song-Lin Jia, Hong-Zhang Geng, Luda Wang, Ying Tian, Carbon nanotube-based flexible electrothermal film heaters with a high heating rate, Royal Society Open Science, 5(6), (2018); https://doi.org/10.1098/rsos.172072.
Zhu Zhu, Hao Lu, Wenjun Zhao, Ailidaer Tuerxunjiang, Xiqiang Chang, Materials, performances and applications of electric heating films, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 184, 113540 (2023); https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113540.
Taejin Kim, Deborah Chung, Carbon fiber mats as resistive heating elements, Carbon, 41(12), 2436 (2003); https://doi.org/10.1016/S0008-6223(03)00288-4.
Ya M. Kusyi, O. R. Onysko, A. M. Kuk, O. S. Kostiuk, B. V. Solohub, Development of the structure and methodological support of the system for analysis of the details shaping, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2540(1), 012026 (2023); https://doi.org/10.1088/1742-6596/2540/1/012026.
Dezhao Li, Yangtao Ruan, Chuangang Chen, Wenfeng He, Cheng Chi, Qiang Lin, Design and Thermal Analysis of Flexible Microheaters, Micromachines, 13(7), 1037 (2022); https://doi.org/10.3390/mi13071037.
Qingshuai Yan et al., Flexible, high-strength, and breathable electric heater with 3D folding structure for personal thermal management, Materials Today Energy, 54, 102074 (2025); https://doi.org/10.1016/j.mtener.2025.102074.
Jeong Eun Yoon, Jiwon Chung, Jeongpyo Lee, Seung Hyun Jee, Sumin Helen Koo, Development and evaluation of cable-less heating mats utilizing low-power carbon nanotube planar heaters, Textile Research Journal, 95(7–8), 2024; https://doi.org/10.1177/00405175241286545.
ASTM International, Standard Guide for Selection of Materials for Thermal Insulation, ASTM C1055 (2019).
F.P. Incropera, D.P. DeWitt, T.L. Bergman, A.S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 7th ed. (Wiley, Hoboken, 2011).
Y. Li, A.S.W. Wong, Clothing Biosensory Engineering (Woodhead Publishing, Cambridge, 2006).
I.R. Vashchyshak, S.P. Vashchyshak, T.M. Mazur, M.P. Mazur, Study of the influence of the environment on the efficiency of induction heating of low-temperature heat pipe, Physics and Chemistry of Solid State, 25(4), 784–794 (2024); https://doi.org/10.15330/pcss.25.4.784-794.
The effects of bed cooling on sleep quality and sleep thermal comfort in overheated bedrooms, Building and Environment (2026); https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2026.114213.
I.R. Vashchyshak, S.P. Vashchyshak, T.M. Mazur, M.P. Mazur, Study of the heat transfer efficiency of a wick heat pipe with induction heating, Physics and Chemistry of Solid State, 26(3), 613 (2025); https://doi.org/10.15330/pcss.26.3.613-621.
Huanfa Wang, Guiping Li, Xiaobin Shen, Yong Liu, Yuandong Guo, Experimental Study and Visual Observation of a Loop Heat Pipe, Energies, 16(13), 5068 (2023); https://doi.org/10.3390/en16135068.
Deepak Dubey et al., Experimental & Theoretical Analysis of Heat Pipe at Different Orientation, IJSRD, 6(2), (2018); https://www.ijsrd.com/articles/IJSRDV6I20699.pdf.
R. Pallás-Areny, J.G. Webster, Sensors and Signal Conditioning, 2nd ed. (John Wiley & Sons, New York, 2001).
J.P. Bentley, Principles of Measurement Systems, 4th ed. (Pearson Education, Harlow, 2005).
Fluke Corporation, Fluke 54 II B Digital Thermometer – Technical Data (Everett, WA, 2020).
NIST, Calibration of Temperature Sensors in Liquid Baths (Gaithersburg, 2019).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 I.R. Vashchyshak, S.P. Vashchyshak, T.M. Mazur, M.P. Mazur
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
