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1. ヒートパイプの作成  投稿者:たかし 投稿日:2009/05/05(Tue) 23:46 ID:G1Etz2eg No.522

Googleで検索してヒートパイプの作成で上位にランクされていたので
ざっと原理のところを呼んだのですが、間違っています。

http://www.geocities.co.jp/HiTeens-Panda/4284/7.htm
実験結果は上記URLの検証の部分を見てもらえわかりますが
ヒートパイプは原則、内部を真空にする必要があります。

以下、原理についてですが相当高度なので読み飛ばして
もらっても結構です。
(ここでいうエネルギーは分子の運動エネルギーであり
すなわち分子速度です。)

ヒートパイプが音速に近い速度で熱を運ぶ原理は
(理想的な)真空中を気化した分子が飛ぶとき
マクスウェル分布に近いの「速度」で直進するから。

マクスウェル分布(Wiki)
ttp://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%AF%E3%82%B9%E3%82%A6%E3%82%A7%E3%83%AB%E5%88%86%E5%B8%83

ここで理想的な真空ならといったが、現実には
作動液の蒸気圧があるので途中で作動液の分子に
阻まれる。これは平均自由行程というもので表される。

平均自由行程(Wiki)
ttp://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B9%B3%E5%9D%87%E8%87%AA%E7%94%B1%E8%A1%8C%E7%A8%8B

10cmの平均飛行距離が必要なときは、百万分の1気圧程度の
真空度が必要になる。もっとも、このクラスの低真空圧は
実験室では簡単に作れるがヒートパイプでは実現不可能である。
ただし、分子が衝突すると運動エネルギーを分子間で受け渡すので
必ずしも同じ分子がエネルギーを運ぶ必要はない。
もっとも、分子同士が衝突すると飛行方向が変化するので
何回か衝突を繰り返すと(確率として)どこかで壁面に
当たり液化する。

液化した場所で気化熱として熱源から奪った潜熱を凝縮熱として
放出し壁面を暖める。
- Thank you for your first contribution! -


2. 無題  webmin@管理人 - 2009/05/06(Wed) 19:26 ID:vOZdTVPg No.523 HomePage
admin.gif ご指摘ありがとうございます。
気体分子の移動速度が音速なんですね。

実験によるとヒートパイプは気圧が低いほど熱伝導効率がいいという
認識でいいのでしょうか。
あと、動作温度によっての効率への影響はどのようなものなのでしょう。
- Count.95 (Last.2008/11/18 07:07) -


3. 無題  たかし - 2009/05/07(Thu) 01:18 ID:KDx5pF6o No.524
私は、大学で真空を使った超音速分子線の実験をしてました。
簡単に言うと高真空(大気圧の一億分の一以下真空)に
気体を入れると超音速で同じ方向に飛ぶ分子の集団です。
以上自己紹介

例に挙げた実験をやっているのは高校の地学部で、専門に研究して
いる大学の実験室や企業ではないので気圧と熱伝導率の相関を
とっているわけではありません。多分ロータリー真空ポンプ位しか
持ってないと思うのでポンプで引いても100万分の一気圧程度まで
しか引けないし、作動液体の蒸気圧の問題もある。

彼らの結論は
1. 作動液体のよって効率の違いある。
2. パイプ内をあらかじめ真空にしてから作動液を入れる必要がある。
3. 沸点の小さいものほど効率がよいという。

ここからは私の考察
一般には沸点の低い液体ほど、蒸気圧が高いので真空度は悪くなります。
(現実の液体は、液体ごとに蒸気圧曲線の傾きがことなる)
だから、実験では真空度が悪い(気圧が高い)ほど熱伝導率が良いと
いう結果になっています。
これは見方を変えれば真空度の良否より、作動液体の個性の方が影響が
強いということになります。

ただし、実験で出てきた液体が水素結合性の液体だと言うことに留意する
必要があります。
水素結合が強い液体は潜熱が大きく、またガス上でも分子間相互作用の
及ぼす距離が大きい傾向があります。
だから、この実験がベンゼンとトルエンとキシレンとかなら、良かったん
ですけど。
(指導する先生は知っていたかもしれませんが)
- Count.2 (Last.2009/05/05 23:46) -


4. 無題  たかし - 2009/05/07(Thu) 02:17 ID:KDx5pF6o No.525
あまりに長いので分けました。
>あと、動作温度によっての効率への影響はどのようなものなのでしょう。

動作温度による効率への影響はあります。
ただし、2個のファクターがあります。
ここでは単純に気体側と液体側と名付けます。
気体側は沸騰から液化まで、液体側は液化後に液だめに戻るまで
とします。

そうすると気化側は効率が上がります。
これは熱源の温度が上がると熱勾配がきつくなることから容易に
想像できます。

では液体側はというと、また複雑な問題が浮上します。
環流には、主に毛細管力と重力が使われています。
この、毛細管力というのは表面張力と「ぬれの力」(濡れやすさ)
に関わる力です。
関連引用Wiki毛細管現象
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%AF%9B%E7%B4%B0%E7%AE%A1%E7%8F%BE%E8%B1%A1
関連引用Wikiぬれ
ttp://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%81%AC%E3%82%8C

毛細管現象が表面積に関係する力のため液滴の半径の2乗に比例する
力に対し、重力は半径の3乗に比例する。
だから、トップヒート(上部に熱源があり下部に廃熱)や横方向の
廃熱には毛細管現象による力が重力に負ける点ができる。
(すなわち環流の限界が冷却の限界になる。)

原理原則から理想気体、理想液体としてあつかうこ以上のようになるが
液体同士の抵抗とかがあり、簡単な計算だけで住む世界ではないようです。
- Count.3 (Last.2009/05/07 01:18) -

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