Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Інститут технічної теплофізики

УДК 536.24:621.396

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Засоби забезпечення теплових режимів на основі теплових труб для пристроїв обчислювальної техніки та керування

05.14.06 - технічна теплофізика та промислова теплоенергетика

Ніколаєнко Юрій Єгорович

Київ-2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант: Доктор технічних наук, професор, член-кореспондент Національної академії наук України Басок Борис Іванович, Інститут технічної теплофізики Національної академії наук України, м. Київ, заступник директора

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Смирнов Генріх Федорович, Інженерний центр «Промгазапарат», м. Київ, професор-консультант

доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Горобець Валерій Григорович, Інститут технічної теплофізики Національної академії наук України, м. Київ, провідний науковий співробітник відділу малої енергетики

доктор технічних наук, професор Горбенко Геннадій Олександрович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, м. Харків, завідувач кафедри аерокосмічної теплотехніки

Захист відбудеться “ 30 ” червня 2009 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.224.01 при Інституті технічної теплофізики Національної академії наук України за адресою: 03057, м. Київ, вул. Желябова, 2-а.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту технічної теплофізики Національної академії наук України за адресою: 03057, м. Київ, вул. Желябова, 2-а.

Автореферат розісланий “ 29 ” травня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради О.І. Чайка

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Світовою тенденцією розвитку пристроїв обчислювальної техніки і систем керування (ОТіК) є розширення їх функціональних можливостей та підвищення швидкодії, що призводить до збільшення споживаної потужності, значна частина якої виділяється в електронних компонентах у вигляді теплоти і призводить до підвищення їх температури, а це негативно впливає на надійність роботи ОТіК. Оскільки створення нових та модернізація існуючих пристроїв ОТіК здійснюється, як правило, в умовах жорстких конструктивних та масогабаритних обмежень, то проблема нагрівання при цьому стає вирішальною, а її розв'язання стає складною науково-технічною задачею.

Найбільш ефективні системи забезпечення теплових режимів (СЗТР) комплексів ОТіК, які розроблені в 1980-1990 рр. в колишньому СРСР (повітряно-водяні, водяні та кондуктивно-водяні, кодуктивно-випаровувальні та рідинно-випаровувальні), дозволяли відводити до 10...15 кВт теплової потужності з однієї приладової шафи за рахунок прокачування охолоджуючої води по каналах теплообмінників, вбудованих у приладову шафу, включення до їх складу теплообмінників з компресорами й кондиціонерами та енергоємних холодильних установок. Підвищений гідравлічний опір каналів призводив до значних витрат енергії на прокачування теплоносія.

За останні 20-25 років елементна база пристроїв ОТіК істотно оновилась: замість малопотужних інтегральних мікросхем (ІМС) з'явились потужні напівпровідникові елементи, такі як: одно- та багатоядерні мікропроцесори (МП), великі й надвеликі ІМС, багатокристальні модулі, світлодіоди та лазерні діоди, матриці і модулі на їх основі, матричні кристали фотоприймальних пристроїв тощо. Потужність основного електронного компонента (МП) уже досягла 130 Вт, а в недалекому майбутньому очікується її зростання до 200 Вт. Тенденція до постійного збільшення кількості транзисторів на кристалі (1720 млн., 2006 р., процесор Inel Itanium IA-64 Montecito), зменшення розмірів електронних компонентів та збільшення їх кількості (212992 процесорів, 2007 р., суперкомп'ютер Blue Gene, IBM) обумовлює подальше зростання питомого тепловиділення електронних компонентів до 100 Вт/см² та загального тепловиділення пристроїв ОТіК до 20...30 кВт на одну приладову шафу, що гостро ставить проблему пошуку нових концептуальних підходів до організації тепловідводу та створення більш ефективних засобів забезпечення теплових режимів (ЗЗТР), які б дозволяли знизити термічний опір “електронний компонент-охолоджуюче середовище” і за рахунок цього значно збільшити кількість відведеної теплової потужності з однієї шафи (до 20...30 кВт замість існуючих 10...15 кВт) з мінімальним енергоспоживанням.

Основи теорії теплообміну в електронній апаратурі закладено Дульневим Г.М. Розвинувши ці основи, Смирнов Г.Ф. з колегами показали, що перспективною на всіх ієрархічних рівнях побудови апаратури може бути організація ЗЗТР з використанням двофазних технологій. Теоретичні основи теплових та гідродинамічних процесів в замкнених випаровувально-конденсаційних системах тепловідводу достатньо ґрунтовно розроблені (Івановський М.М., Васильєв Л.Л., Смирнов Г.Ф., Семена М.Г., Сасин В.Я., Гончаров К.А., Майданик Ю.Ф. та ін.). Разом з тим проблемі наукового обґрунтування шляхів конструктивно-технологічної реалізації двофазних технологій в пристроях ОТіК на новій елементній базі, особливо з урахуванням специфіки їх конструктивної побудови, поки приділялось мало уваги, а відомі окремі дослідження в цьому напрямку не носять системного характеру, що стримує подальший розвиток перспективної ОТіК.

Вищевикладеним обумовлюється актуальність постановки і розв'язання важливої науково-прикладної проблеми створення високоефективних ЗЗТР перспективних пристроїв ОТіК на основі науково обґрунтованих шляхів конструктивно-

технологічної реалізації в них двофазних технологій теплообміну.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження та результати, які подані в дисертаційній роботі, тісно пов'язані з державними програмами, тематичними планами досліджень НТУУ “КПІ” та наступними темами: “Розробка, дослідження та виготовлення дослідної партії високоефективних теплових мікротруб для систем охолодження мікроелектронної апаратури”, 1999-2004 р.р., державний реєстраційний (ДР) № 0199U003336; “Розробка комбінованої системи охолодження мікроелектронних фотоприймальних пристроїв ІЧ-техніки”, 1999-2001 р.р., ДР № 0102U000310; “Підвищення надійності потужних надвисокочастотних модулів подвійного призначення в мікроелектронному виконанні”, 2006-2007 р.р., ДР № 0106U010077; “Розроблення інформаційної технології моделювання і розрахунку теплових режимів перспективних конструкцій теплонавантажених елементів та пристроїв засобів обчислювальної техніки та керування”, 2004-2006 р.р., ДР № 0104U003807, в яких здобувач виступав як один з наукових керівників та/або виконавців.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є створення високоефективних засобів забезпечення теплових режимів перспективних пристроїв обчислювальної техніки і керування на основі науково обґрунтуваних шляхів конструктивно-технологічної реалізації в них двофазних технологій теплообміну, в т.ч. з використанням теплових труб (ТТ) і випаровувальних термосифонів (ТС) з термоелектричним та водяним охолодженням.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

1. Проаналізувати існуючі типи теплових труб і випаровувальних термосифонів та встановити шляхи підвищення їх ефективності. Удосконалити існуючі та розробити нові високоефективні конструктивні рішення ТТ та ТС, придатні для застосування в якості елементів тепловідводу в перспективних пристроях ОТіК.

2. Запропонувати і практично реалізувати нові підходи, що пов'язані з використанням двофазних технологій теплообміну для забезпечення нормального теплового режиму електронних модулів при функціональній модернізації складних систем керування з істотним збільшенням тепловиділення.

3. Запропонувати та науково обґрунтовати нові шляхи конструктивної реалізації високоефективних пристроїв тепловідводу, що працюють з використанням замкненого випаровувально-конденсаційного циклу (ЗВКЦ), розробити нові конструктивні рішення та дослідити їх теплові характеристики і ефективність.

4. Запропонувати і реалізувати концептуально новий підхід до вдосконалення систем забезпечення теплового режиму складних пристроїв ОТіК на базі ТТ, що полягає в переході до їх колекторних конструкцій не лише на рівні окремих елементів і блоків, а й на рівнях секції, шафи, стояка.

5. Розробити теплову і фізичні моделі та здійснити моделювання теплових характеристик вперше запропонованої водяної системи забезпечення теплового режиму на основі ТТ для базових несучих конструкцій (БНК) третього рівня.

6. Методом фізичного моделювання та експериментально обгрунтувати нові конструктивні шляхи підвищення надійності СЗТР пристроїв ОТіК на основі адсорбційно-дифузійної холодильної машини (АДХМ) з термосифонним вузлом в комбінації з теплоізоляційною камерою з двома рівнями температур.

7. Розробити й експериментально обґрунтувати нові ефективні структури і схемно-конструктивні рішення СЗТР на основі ТТ, в т.ч. мініатюрних і контурних, для основних типів перспективних пристроїв ОТіК різних температурних рівнів з урахуванням особливостей їх елементної бази та апаратної побудови.

8. Запропонувати й реалізувати метод та засоби підвищення інтенсивності теплообміну з пристроях ОТіК за рахунок застосування високоефективних тепловіддаючих малорозмірних поверхонь для зниження загального термічного

опору ЗЗТР на основі ТТ та термоелектричних охолоджувачів (ТЕО).

9. Розробити та обгрунтувати нові перспективні технологічні рішення виготовлення запропонованих оригінальних конструкцій ТТ.

Предмет дослідження. Процеси теплообміну та супутні їм процеси гідродинаміки теплоносія в системах охолодження електронної апаратури.

Об'єкт дослідження. Високоефективні засоби на основі ТТ для забезпечення нормального теплового режиму перспективних пристроїв обчислювальної техніки та систем керування з урахуванням особливостей їх конструктивної побудови.

Методи дослідження. Теплові режими, процеси теплопередачі і гідродинаміки в розроблених ЗЗТР на основі ТТ досліджувались методами фізичного та математичного моделювання. Експериментальні дослідження проведені на спеціа-льно розроблених установках з використанням стандартної контрольно-вимірю-вальної апаратури та багатоканальної інформаційно-вимірювальної системи, роз-робленої в НТУУ “КПІ”. Процеси гідродинаміки в контурних теплових трубах (КТТ) та колекторних ТС вивчались на макетах з прозорими елементами з використанням сучасних цифрових фотокамер, кінокамери та Web-камери.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1. Розвинено концепцію практичної реалізації двофазних технологій теплобміну в складних пристроях ОТіК, суть якої полягає в створенні в конструкціях ОТіК внутрішніх герметичних каналів та організації в них ЗВКЦ теплоносія, що дозволяє зменшити перепад температури на ділянці “електронний компонент - охолоджуюча вода” та понизити температуру елементів, спростити гідравлічну магістраль та знизити її гідравлічний опір і витрати електроенергії, необхідні на прокачування охолоджуючої води. Запропоновано нові конструктивно-техноло-гічні рішення ефективного тепловідводу: секційна колекторна ТТ функціонального модуля; керамічна плата з вбудованим колекторним ТС; теплотрубний панельний колектор та БНК на його основі; СЗТР на основі ТЕО та КТТ для техніки інфрачервоного діапазону (ІЧ-техніки); ТЕО із пластинами у вигляді ТТ.

2. Вперше запропоновано і реалізовано на практиці новий перспективний підхід до забезпечення нормального теплового режиму модернізуємих пристроїв ОТіК, який полягає в організації паралельних каналів відведення теплоти від найбільш теплонавантажених елементів на корпус конструкції шляхом використання двофазних технологій й більш теплопровідного матеріалу. Це дозволяє забезпечити нормальний тепловий режим найбільш теплонавантажених компонентів при збільшенні теплової потужності, як приклад - транзистора, майже вдвічі при збереженні габаритних розмірів конструкції.

3. Запропоновано та науково обґрунтовано шляхи розвитку та застосування в якості ефективних тепловідводів нових колекторних ТТ і колекторних випаровувальних ТС з розгалуженими зонами випаровування, що дозволило підвищити теплову потужність, що відводиться функціональним модулем, до 204 Вт, а керамічною комутаційною платою - до 160 Вт.

4. Вперше експериментально встановлено ступінь ефективності застосування різних канавок, а також каналів з пористим покриттям у якості потужного ефективного засобу тепловідводу. Експериментально встановлені найбільш ефективні форми комбінацій канавок.

5. Вперше в результаті досліджень процесів пароутворення й гідродинаміки в щілинних каналах складної форми склокерамічного макету колекторного ТС встановлено, що при збільшенні густини теплового потоку від 0,3 до 1,0 Вт/см² у всіх випаровувальних каналах інтенсивність теплообміну збільшується, а, починаючи зі значень 1,0…1,2 Вт/см², вона практично не залежить від густини теплового потоку і досягає значень (0,3...1,0)10⁴ Вт/(м²С) в залежності від шорсткості поверхні каналів. При цьому канали більших розмірів сприяють підживленню рідким теплоносієм більш дрібних випаровувальних щілинних каналів. В них відбувається інтенсивний процес пароутворення з генеруванням парорідинних снарядів і утворенням тонкої плівки рідини на значній частині поверхні нагрівання та рухливої границі «пара-рідина», що стабілізує процес тепловідводу.

6. Запропоновано і реалізовано концептуально новий підхід до вдосконалювання СЗТР на базі ТТ, що полягає в застосуванні колекторних конструкцій не лише на рівні окремих елементів і блоків, а й на рівнях секції, шафи, стояка, що дозволило вдвічі збільшити відведену теплову потужність (з 15 до 30 кВт).

7. Вперше методом фізичного моделювання на двох макетах у широкому діапазоні теплових навантажень (від 500 до 3600 Вт - для макета секції та від 710 до 4330 Вт - для макета стояка) досліджено теплові режими, процеси теплопередачі й гідродинаміки у високоефективній водяній СЗТР на основі U-подібних ТТ, призначеній для створення перспективних теплонавантажених засобів, таких як високопродуктивні суперкомп'ютери, та одержані її теплові характеристики.

8. Вперше методом теплофізичного моделювання та експериментально доведена можливість реалізації СЗТР для пристроїв ОТіК на основі АДХМ з термосифонним вузлом нової, більш надійної, конструкції в комбінації з теплоізоляційною камерою з двома рівнями температур.

9. Обґрунтовано нові структури та схемно-конструктивні рішення, що забезпечують широкий розвиток й ефективне застосування ТТ для забезпечення нормальних теплових режимів сучасної нової електронної техніки, таких як мікропроцесори, напівпровідникові світлодіоди та лазери, матриці та мікромодулі на їх основі, накопичувачі на твердих магнітних дисках (НТМД). Розроблено комплекс нових конструктивно-технологічних рішень по застосуванню ефективних тепловідводів на основі мініатюрних теплових труб (МТТ) вигнутої форми із профілів круглого й прямокутного перетину із внутрішньою металоволокнистою і дротяною капілярною структурою (КС).

10. Вперше запропоновано метод та нові засоби підвищення інтенсивності теплообміну в пристроях ОТіК на основі застосування високоефективних тепловіддаючих малорозмірних поверхонь (щілинних каналів з розмірами щілини 0,05...0,3 мм та оребрення з дроту субміліметрового діаметру 0,005...0,5 мм). Експериментально показано, що конвективний коефіцієнт тепловіддачі в щілинних мікроканалах розроблених теплообмінників при ламінарній течії рідини досягає рівня коефіцієнту тепловіддачі при кипінні у великому об'ємі, а коефіцієнт тепловіддачі з поверхні дротяного оребрення на 27 та 24% вище, ніж з плоскої поверхні, при природній та вимушеній конвекції повітря відповідно.

11. Вперше запропоновано та реалізовано концепцію відведення теплоти від мікроелектронних фотоприймальних пристроїв (МФП), яка базується на використанні багатокаскадного ТЕО та перенесенні теплоти від нього до високотемпературного середовища за допомогою ЗВКЦ в КТТ з однокаскадними ТЕО, що виконують функцію “теплового насоса”. Це дозволило створити комбіновану СЗТР малогабаритного виробу ІЧ-техніки середньотемпературного діапазону.

12. Досліджено технологічні особливості та встановлені раціональні режими технологічних операцій виготовлення ТТ: виготовлення мідних плоских оребрених тонкостінних ТТ; виготовлення елементів зварних мідно-титанових ТТ та герметизації титанових ТТ; високопродуктивного заправлення ТТ та ТС з підвищеною точністю дозування теплоносія; механізованої насипки заготовок металоволокнистих КС; більш достовірного визначення характеристик проникності КС; створення КС мініатюрної ТТ шляхом формування на внутрішній поверхні мідного корпуса окисного шару та наступного його відновлення до основного металу з отриманням таким чином капілярно-пористої структури, що з'єднана ідеальним тепловим контактом з корпусом ТТ.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані наукові результати та розроблені нові конструктивно-технологічні рішення є основою для практичного їх використання при проектуванні складних теплонавантажених пристроїв ОТіК різного призначення. Результати роботи впроваджені та використані в ряді підприємств, академічних установ та навчальних закладах, зокрема в ДНВП “Електронмаш” (м. Київ), ВАТ “АТ НДІРВ” (м. Харків), УкрНДІВЕ (м. Донецьк), КП ЦКБ “Арсенал” (м. Київ), ЗАТ “НДІ Укрпобутмаш” (м. Донецьк), НДІ гідроприладів (м. Київ), ВАТ ЦКБ “Ритм” (м. Чернівці), НВП «Карат» (м. Львів), ДП Машинобудівна фірма “Артем” та ДП НДІ мікроприладів НТК “ІМК” НАНУ (м. Київ), ДНВК “КІА” (м. Київ), ІТЕ НАНУ та МОН (м. Чернівці), ІПМЕ НАНУ (м. Київ), Чернігівському державному технологічному університеті МОН. Відповідні акти наведено в додатку до дисертації.

Особистий внесок здобувача. Основні наукові положення та висновки, що складають суть дисертації, сформульовані автором особисто. Особисто авторові належать також такі концепції та ідеї: концепція зниження енергоспоживання ЗЗТР на основі ТТ для пристроїв ОТіК; концепція відведення теплоти до високотемпературного середовища за допомогою каскадного ТЕО та КТТ; метод створення в модернізуємих виробах додаткових каналів відведення теплоти з застосуванням двохфазних технологій; ідея вбудовування колекторних випаровувальних термосифонів усередину керамічних комутаційних плат; ідея вбудовування тепловідводів у вигляді теплотрубних панельних колекторів в БНК; метод реалізації замкненого випаровувально-конденсаційного циклу в пластинах ТЕО; ідея та метод підвищення інтенсивності теплообміну в пристроях ОТіК за рахунок застосування високоефективних тепловіддаючих малорозмірних поверхонь.

Автором одноосібно підготовлено 20 наукових праць.

В роботах, опублікованих у співавторстві здобувачеві належить наступне:

Формулювання мети, шляхів її вирішення, постановка завдань досліджень в [8,12,15,17,23,29,36,45]; дослідження пристроїв на основі ТТ в [7,14,19,26,28, 30,38,41,42] та СЗТР на основі ТТ в [9,10,21,25,39,43]; розробка принципово нових підходів зі створення високоефективних ЗЗТР на основі двофазних технологій для ОТіК в [1-3,18,25,30,38,39,41,42,54,57]; розробка нових конструктивно-технологічних рішень, фізичних моделей та структурних схем ЗЗТР на основі ТТ в [3,9,21,22,34]; розробка основних положень методик експериментальних досліджень в [23,26,40,41,44]; участь в проведенні експериментальних досліджень фізичних моделей ЗЗТР в [2,3,26,30,38,56]; аналіз результатів експериментальних досліджень в [5,8,12,15,17,22,23,27], відпрацювання технологічних режимів та розробка рекомендацій по створенню тепловідводів і пристроїв на основі ТТ в [7,18,25,26,28,30,41,42] та СЗТР на основі ТТ в [3,10,21,24,39,44]; розробка нових технологічних рішень в [2,8,19,20,23,25,27]; аналіз впливу вібрацій на теплообмін в ТТ в [16,33,46,56,59]; вибір об'єктів моделювання, розробка та аналіз моделей, еквівалентних теплоелектричних та теплових схем, аналіз та інтерпретація результатів моделювання теплових режимів елементів в [13,20,22,29,36,46] та теплових характеристик ЗЗТР в [10,14,20,21,32,40,43]; розробка рекомендацій по застосуванню результатів досліджень в [1,14,23,24,27]; підготовка публікацій статей [1-3,5,7,8,10,14-17,19-28,30,38-42,44,46] та створення патентоспроможних рішень [47,51-53]; постановка задач досліджень та обговорення зі співавторами результатів експериментів в [54,56,58,59].

Автор висловлює щиру подяку всім співавторам за допомогу в виконанні досліджень, професорам Баску Б.І., Письменному Є.М., Верланю А.Ф. - за методичну допомогу та наукові консультації, високопрофесійному робітнику Савченку О.С. - за якісне виготовлення макетів ТТ та СЗТР на їх основі, Ніколаєнку Т.Ю. - за компьютерне виготовлення більшості рисунків.

Апробація результатів дисертації. Основні результати диссертації доповідалися на міжнародних науково-технічних конференціях: “Проблемы физической и биомедицинской электроники” (Київ, 1999, 2000); “Современные информационные и электронные технологии” (Одеса, 2000); “Оптоелектронні інформаційні технології “Фотоніка-ОДС 2000” (Вінниця, 2000); “Proceedings of the Second International Workshop Held at the Odessa State Academy of Refrigeration, Ukraine” (Одеса, 2001); “Современные информационные и электронные технологии” (Одеса, 2001); “THERMES 2002 - Thermal Challenges in Next Generation Electronic Systems” (США, Нью Мехіко, Санта Фе, 2002); по оберненим проблемам в інженерії (Бразилія, Ріо де Женейро”, 2002); конгресі з астронавтики (Німеччина, Бремен, 2003); з теплових труб (Корея, Ю-до, 2003); з астронавтики (Канада, Ванкувер, 2004); “Информационные системы и технологии” 2-го міжнар. радіоелектронного форуму “Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития” (Харків, 2005); “Проблемы промышленной теплотехники” (Київ, 2007); V та VI форумах по тепло- та масообміну (Беларусь, м. Мінськ, 2004, 2008); на конференціях: “Сучасний стан та перспективи використання ВОЛЗ. Первинні мережі України” (Київ, 2001); з фізики напівпровідників УНКФН-1 (Одеса, 2002); 3-9 конференціях “Современные информационные и электронные технологии” (Одеса, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано в 128 наукових працях, у тому числі 55 статтях в наукових виданнях (з них 6 - одноосібно), 36 доповідях та тезах доповідей в збірниках матеріалів наукових конференцій, симпозіумів, конгресів та форумів (з них 8 - одноосібно), 37 авторських свідоцтвах СРСР та патентах України і Російської Федерації на винаходи та корисні моделі (з них 6 - одноосібно).

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота скадається з вступу, 7 розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків у вигляді окремої книги на 210 сторінках. Загальний обсяг дисертації складає 436 сторінок, у тому числі 355 сторінок основного тексту, 196 рисунків, 13 таблиць, списку використаних джерел з 442 найменувань.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, її зв'язок з науковими програмами, темами, планами, сформульовано мету і задачі досліджень, наведено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, відображено особистий внесок автора, надано відомості про апробацію результатів роботи, публікації, структуру та обсяг дисертації. Огляд літератури подано в додатках та безпосередньо у розділах дисертації.

Перший розділ дисертації присвячено дослідженням фізичних процесів і ефектів в ТТ як елементах СЗТР. Наведено дані по класифікації та особливостях роботи основних типів ТТ: безгнотових (термосифонів), гнотових, газорегульованих, діодних, контурних, відцентрових, пульсаційних. Висвітлено проблеми та обґрунтовані шляхи удосконалення існуючих та розробки нових високоефективних конструктивних рішень ТТ і ТС з метою використання їх в якості базових елементів тепловідводу в пристроях та СЗТР засобів ОТіК.

Важливим й актуальним аспектом перспективного розвитку ТТ для СЗТР пристроїв ОТіК є підвищення ефективності, надійності та довговічності роботи при їхній експлуатації в складних й екстремальних умовах, наприклад, при інтенсивній вібрації, нахилах, хитавиці, підвищених тепловиділеннях тощо.

З метою підвищення ефективності та надійності роботи в жорстких умовах експлуатації блоків складних пристроїв ОТіК, тепловиділяючі елементи яких розміщені безпосередньо усередині безгнотових ТТ (термосифонів), запропоновано нове конструктивно-технологічне рішення електронного блоку у вигляді випарного ТС із рідким діелектриком і внутрішніми джерелами тепловиділення (елементами блоку) з пористою перетинкою з отворами, розташованою із зазором між поверхнею рідкого діелектрика й теплообмінником. Це дозволило, у порівнянні з відомою типовою конструкцією блоку з випарним охолодженням (Тунік А.Т.), підвищити ефективність тепловідводу в зоні конденсації в умовах механічних впливів (вібрацій та ударів) та знизити температуру охолоджуваних елементів в 1,3 рази (з 80 до 61 °С) і тим самим підвищити надійність роботи.

Особливості процесів передачі теплоти і гідродинаміки в ТТ з горизонтальною поверхнею конденсації полягають в тому, що наявність незначної кількості газу, що не конденсується (НКГ), і який може з'явитись в ТТ в процесі експлуатації в результаті електрохімічних процесів, блокує прошарком з великим термічним опором зону конденсації. Це призводить до підвищення температури в зоні нагріву ТТ та електронних компонентів, що охолоджуються. З метою підвищення ефективності й довговічності роботи таких СЗТР та з метою розширення можливих комбінацій застосовуваних матеріалів корпуса, ґнота й теплоносія розроблено нові конструктивні рішення ТТ і ТС, що відрізняються від відомих виконанням усередині верхньої плити системи каналів, які утворюють резервуар для відводу НКГ та сполучені своїми кінцями з паровим простором ТТ (рис. 1).

Розрахунками показано, що, наприклад, для розміщення 10,9 мл водню, який може виділитися в процесі експлуатації ТТ з алюмінієвого сплаву АМГ з ацетоном в якості теплоносія протягом 10000 годин, необхідний об'єм циліндричних каналів діаметром 5 мм загальною довжиною 555 мм. Залежно від геометричних розмірів плити це може бути 3-4 канали, що практично не впливає на процес передачі теплоти теплопровідністю через плиту, оскільки тепловий потік обгинає канали із НКГ по сусідніх ділянках суцільного матеріалу плити.

Для усунення можливого затоплення каналів невеликого діаметру

D ( )

коли сили поверхневого натягу можуть утримувати конденсат усередині каналів, для його надійного видалення на внутрішню поверхню каналів рекомендовано нанести тонкий (0,2...0,4 мм) шар гноту (рис. 1, б, в), з'єднаного із ґнотом корпуса. Завдяки дії капілярних сил конденсат, що утворюється в каналах, буде перекачуватися ґнотом у зону випаровування ТТ, звільняючи об'єм каналів для доступу НКГ, що дозволяє забезпечити розрахункові теплові характеристики ТТ у процесі тривалої експлуатації.

Застосування двофазних технологій в удосконалених конструкціях гнотових ТТ дозволило вирішити важливу проблему підвищення ефективності тепловідводу при функціональній модернізації систем та комплексів ОТіК з використанням нової елементної бази з істотним збільшенням тепловиділення.

Вирішення проблеми досягнуто шляхом організації додаткових паралельних каналів відведення теплоти від найбільш критичних у тепловому відношенні електронних компонентів на корпус блока з застосуванням двофазних технологій в ТТ з розгалуженими зонами транспорту і конденсації та шин з високотеплопровідного матеріалу. Ефективність запропонованого нового підходу доведена експериментальними дослідженнями на прикладі забезпечення теплового режиму герметичного блоку з розмірами 196х181х64 мм за допомогою розроблених нових конструктивних рішень гнотових ТТ складної форми (рис. 2) та більш технологічної ТТ (рис. 3), які забезпечили нормальний тепловий режим (+66 єС) найбільш критичного в температурному відношенні функціонального елементу (транзистора FL-2001B-3) при збільшенні його теплової потужності майже вдвічі (з 27 до 51,5 Вт) і температурі корпуса блоку +40 єС, що дозволило зберегти габаритні розміри й конструктивну побудову базового варіанта блока без проведення змін в конструкції об'єкта-носія. Варіант СЗТР на основі U-подібної ТТ (рис. 3), як більш технологічної, було прийнято в якості основного при функціональній модернізації складної телеметричної системи космічного призначення.

Найбільш перспективними елементами тепловідводу в електронних модулях пристроїв ОТіК є МТТ. Запропоновано нове конструктивне рішення МТТ з удосконаленою КС у вигляді спечених з корпусом джгутиків з мікродротів, що дозволило покращити їх робочі характеристики за рахунок підвищення пористості гноту до 45...50 %. Експериментальні дослідження МТТ діаметром 2 і 4 мм (внутрішній діаметр 1,3 і 3 мм відповідно) з гнотом у вигляді джгутика з 60 мідних дротів діаметром 30 мкм (пористість 45 %) та МТТ діаметром 6 мм (внутрішній діаметр 5 мм) з металоволокнистою КС (МВКС) (товщина 0,5 мм, довжина волокон 3 мм, діаметр 30 мкм, пористість 90 %) довжиною від 50 до 250 мм та етанолом в якості теплоносія показали, що на їх теплопередавальні характеристики істотно впливають: діаметр парового простору, вид і параметри КС, орієнтація в просторі, а також загальна довжина МТТ. Показано, що зниження розмірів парового простору в МТТ приводить до збільшення термічного опору, зниження максимального теплового потоку, підвищення різниці температури по ТТ. Так, термічний опір МТТ збільшується від 2 до 12 єС/Вт при зміні діаметру МТТ від 6 до 2 мм. Коефіцієнти тепловіддачі в зонах випаровування й конденсації МТТ діаметром 2 мм з гнотом у вигляді джгутика при горизонтальній її орієнтації досягають значень 2000 та 1200 Вт/(м²?єС) при густинах теплового потоку 3-3,5 Вт/см².

Для підвищення робочих характеристик МТТ рекомендовано, якщо дозволяє внутрішній переріз МТТ, використовувати гноти з більшим капілярним напором і високою проникністю: гноти зі спечених металевих волокон (Семена М.Г., Косторнов А.Г.) або порошків (Васильєв Л.Л.).

На основі аналізу існуючих типів ТТ з діодними властивостями (ТТДВ) і аналізу особливостей процесів в них запропоновано нову конструкцію ТТДВ з гнотом в зонах випаровування та транспорту, кільцевою проточкою та вставкою спеціального профілю в зоні конденсації і заглушкою із розсікателем парового ядра, що утворюють вузький зазор спеціальної форми з плавним поворотом на 180є для прискореного руху пари в зоні конденсації і використання його кінетичної енергії для прискорення транспорту двофазного потоку теплоносія та інтенсифікації процесу тепловіддачі. Це забезпечує, у порівнянні з аналогами, більш надійну роботу при будь-якій орієнтації в полі сил тяжіння й у невагомості; передачу теплового потоку в прямому напрямку на більш значну відстань та розширення діапазону застосовуваних теплоносіїв.

Основним завданням по вдосконалюванню існуючих конструкцій газорегульованих теплових труб (ГРТТ) із НКГ є підвищення їхньої теплопередавальної здатності, розширення робочого температурного діапазону і якості терморегулювання. Удосконалення ГРТТ здійснено шляхом використання в якості НКГ газу, що розчиняється в теплоносії. На цій основі розроблена нова конструкція ГРТТ з розчинним газом, особливістю якої є відділення газового резервуару з перфорованими капілярно-пористими вставками від зони конденсації, що реалізовано введенням в ГРТТ поперечної перетинки у вигляді тонкого диску (розтікателя ядра парового потоку), встановленої із зазором відносно корпуса. Парове ядро висококиплячого компоненту, зіштовхуючись із перетинкою, спрямовується до стінки ТТ в зоні конденсації й конденсується на ній. Завдяки цьому виключається вплив гарячого парового ядра на процес розчинності низькокиплячого компонента у висококиплячому в перфорованих вставках резервуару. Експериментально на натурній моделі водоамічної ГРТТ із неіржавіючої сталі (довжина зон: випаровування - 95 мм, транспорту - 30 мм, конденсації - 200 мм, що включає резервуар довжиною 70 мм, діаметр ТТ - 24/22 мм, товщина КС - 0,8 мм, пористість - 61,5 %, об'єм КС в резервуарі - 17 см³, пористість - 90 %, зазор між корпусом ТТ й розтікателем - 1,5 мм) встановлено, що при тепловому потоці більше 150 Вт термічний опір ГРТТ із розтікателем в 2...3 рази нижче, ніж у існуючих до цього ГРТТ. Коефіцієнт температурної чутливості розробленої ГРТТ в 1,3...2,8 разів вищий, ніж у таких же ГРТТ із нерозчинним НКГ, що дозволяє рекомендувати її для використання в якості елементів СЗТР пристроїв ОТіК, де необхідно здійснювати регулювання температури елементної бази в певному діапазоні.

В області вдосконалювання КТТ проблемними завданнями є розширення діапазону застосовуваних конструкційних матеріалів і теплоносіїв за умови забезпечення їхньої корозійної сумісності та зниження масогабаритних характеристик і вартості. Тому були проведені дослідження можливості створення КТТ з використанням матеріалів на основі алюмінію. Особливістю проведених досліджень, на відміну від відомих, є візуальне спостереження процесів гідродинаміки в КТТ на моделі з прозорими вставками. Вдалось зафіксувати механізм процесів, що відбуваються в конденсаційній зоні й рідинному каналі при різних значеннях висоти h перевищення випарника над конденсатором, у тому числі при запуску алюмінієвої КТТ. Встановлено, що для розробленої алюмінієвої КТТ з ацетоном в якості теплоносія існує мінімальний тепловий потік (від 6 до 18 Вт при h від 0 до 0,8 м), нижче якого неможливий її стабільний запуск. У цих умовах візуально спостерігалися пульсації парорідинної межі в зонах контуру, що вказує на динамічний характер роботи КТТ. Стабільний запуск КТТ здійснювався протягом 5...6 хвилин в діапазоні теплових потоків 30...70 Вт. При цьому температура випарника після запуску не перевищувала +65 єС. Експериментально підтверджено слабку залежність температури випарника від зміни сили гравітації (перевищення h). Так, при зміні перевищення від 0 до 0,75 м при постійному номінальному тепловому навантаженні на випарнику середня температура на його поверхні змінювалася лише на 5...20%. Разом з тим, встановлено, що від перевищення h суттево залежить максимальна теплопередавальна здатність алюмінієвої КТТ: максимальний тепловий потік, що передавався КТТ при температурі випарника +65 єС, зменшувався від 170 до 100 Вт при збільшенні h від 0 до 0,75 м. Показано, що його розрахункове значення можна визначати по відомій розрахунковій моделі Кісеєва В.М. Подальше удосконалення КТТ запропоновано здійснювати шляхом розробки капілярного насосу з порошку на основі оксиду алюмінію та введення теплового затвору (див. розділи 5 та 7).

Вдосконалення ТТ для функціональних модулів комплексів ОТіК з водяним охолодженням базувалось на розробці й дослідженні нових конструктивних форм ТТ, які були б складовими елементами функціональних модулів, частиною їх БНК, й одночасно забезпечували б безпосередню ефективну передачу теплоти від елементної бази до охолоджуючої води. Найбільш раціональною з точкі зору ефективності тепловідводу й забезпечення експлуатаційної надійності є запропонована нова схема з використанням в конструкції модуля секційної колекторної ТТ. Одержані в результаті експериментального моделювання залежності перепаду температури по секції колекторної ТТ і максимальної температури стінки випаровувального каналу від теплового потоку в зоні нагріву показують, що, наприклад, при температурі в зоні нагріву +57 єС допустима потужність електронних компонентів, установлюваних у модулі з секційною колекторною ТТ, повинна обмежуватись значенням 102 Вт з однією, 204 Вт - з двома і 306 Вт - з трьома секціями. Запропонована конструкція ТТ працездатна в умовах впливу механічних факторів (ударів, кутів нахилу, перевертань, хитавиці, вібрацій).

Другий розділ дисертації присвячено обґрунтуванню нових шляхів конструктивної реалізації двофазних технологій в пристроях забезпечення теплових ре-

жимів для найбільш поширених функціональних вузлів ОТіК.

Для створення функціонально закінчених багатоканальних модулів та блоків вторинного електроживлення, скомпонованих у БНК другого рівня з обмеженими габаритними розмірами, розроблено та досліджено оригінальний пристрій тепловідводу на основі плоскої оребреної ТТ. Він забезпечив, на відміну від традиційних ребристих алюмінієвих радіаторів, температуру ІМС стабілізаторів типу 142ЕН5 й 142ЕН3 не вище заданої (+78 єС), що дозволило створити багатоканальні надійні модулі електроживлення зі стабілізаторами напруги безперервної дії з регульованою і фіксованою вихідною напругою. При розробці конструкції плоскої оребреної ТТ було запропоновано і реалізовано ряд оригінальних конструктивно-технологічних рішень, які забезпечили високу технологічність конструкції, можливість механічного кріплення ІМС до тонкостінного корпусу ТТ, розпаювання планарних виводів ІМС на друкованій платі, кріплення друкованих плат і зручність електромонтажу, високу ремонтопридатність, тривалий ресурс роботи ТТ в умовах механічних впливів тощо.

Досліджено новий принцип побудови пристроїв тепловідводу від багатошарових керамічних комутаційних плат (БККП) з МП та багатокристальних модулів з надвеликими ІМС на основі щілинного колекторного ТС, вбудованого безпосередньо в тіло керамічної плати (рис. 5), та проведено експериментальні дослідження їх теплопередавальних характеристик на склокерамічних макетах з різною формою щілинних каналів (рис. 6). Показано (рис. 7), що найбільш інтенсивно і стабільно процеси теплообміну протікають в щілинних каналах № 4 складної форми (еквівалентний діаметр - 1,74 мм) шириною 10 мм, розміщених в чотири ряди з відстанню між ними 11 мм в керамічній основі розмірами -100х120х2,5 мм, уздовж її меншої сторони. Розміри зворотнього каналу 90х10х1,5 мм. Теплоносій - дистильована вода. Макет мав знизу мідний живильний колектор перерізом 5х25 мм, а зверху - мідний збиральний колектор такого ж перерізу із блоком водяного охолодження. Як імітатори теплового потоку використовувалися омічні нагрівачі (по 3 нагрівачі на кожний канал), які наносилися резистивною пастою на поверхню керамічної основи. Візуальне спостереження процесів гідродинаміки теплоносія в каналах здійснювалося за допомогою цифрових фотокамер, кінокамери та Web-камери.

В результаті дослідження теплових характеристик макету встановлено, що процеси пароутворення та теплообміну у них найбільше інтенсивно й стабільно протікають, починаючи із густини теплового потоку в зоні випаровування 1,0… 1,2 Вт/см². Загальна частина перерізу каналу розмірами 10х0,78 мм виконує при цьому функцію ефективного підживлення рідким теплоносієм більш дрібних випаровувальних щілинних каналів розмірами 1,43х0,72 мм, що прилягають до поверхні нагрівання та у яких відбувається інтенсивний процес пароутворення з утворенням парорідинних снарядів, тонкої плівки рідини на значній частині їхньої поверхні та рухливої межі «пара-рідина» по всьому перерізу каналу. Швидке підживлення осушених ділянок дрібних випаровувальних каналів рідиною із загальної частини щілинного каналу стабілізує процес кипіння.

Дослідження інтенсивності теплообміну в каналах показали, що при збільшенні густини теплового потоку в зоні випаровування від 0,3 до 1,0 Вт/см² інтенсивність теплообміну збільшується, а починаючи із значень 1,0...1,2 Вт/см², і до 3 Вт/см² вона практично не залежить від густини теплового потоку і досягае значень (0,3..1,0)10⁴ Вт/(м²С) в залежності від шорсткості поверхні каналів.

Результати фізичного моделювання СЗТР комутаційної керамічної плати із внутрішнім щілинним колекторним ТС показали можливість практичної реалізації ефективного відводу теплоти за рахунок ЗВКЦ, реалізованого усередині плати. Зокрема, при потужності тепловиділення 160 Вт середня температура поверхні каналів не перевищувала +60С при температурі води на вході в теплообмінник +19С. Використовуючи експериментально одержані залежності, можна визначити максимальне значення температури на поверхні керамічної плати в зоні кожного каналу при заданій густині теплового потоку в зоні випаровування.

Оцінка ефективності тепловідводу за допомогою вбудованого колекторного ТС у порівнянні з керамічною платою без термосифона показала, що при підведенні теплової потужності 9,3 Вт температура каналів плати без теплоносія вже через 135 с перевищила +80 єС і продовжувала зростати, в той час, як в заповненому теплоносієм макеті вона підтримувалась стабільною на рівні +40 єС.

Підвищення ефективності теплообміну при охолодженні фоточутливих пристроїв систем керування ІЧ-техніки низькотемпературного діапазону (77 К) було досягнуто за рахунок застосування процесу випаровування рідкого азоту з розвинутої поверхні фоточутливих елементів (ФЧЕ) шляхом виконання ребер та покриття теплообмінної поверхні шаром капілярно-пористої структури (рис. 8). Експериментальні дослідження підтвердили високу ефективність використання металоволокнистого капілярно-пористого покриття товщиною 0,5...0,7 мм із пористістю 62...87 % на поверхні ребер і каналів підкладки, що дозволило збільшити на 67...39 % максимальну інтенсивність теплообміну (рис. 9), підвищити ефективність охолодження ФЧЕ та знизити витрату рідкого теплоносія.

Вперше запропоновано й досліджено просту конструкцію термостата (рис. 10) на основі ГРТТ із розчинним НКГ (аміак-вода), який дозволяє в порівнянні з відомим термостатом на основі ГРТТ із нерозчинним НКГ підвищити коефіцієнт температурної чутливості і точність термостабилізації тепловиділяючого об'єкту в 1,3...2,8 рази. Така система рекомендується для використання в системах ефективного забезпечення теплових режимів засобів ОТіК, які потребують захисту окремих елементів від впливу температури оточуючого середовища.

Блоки потужних трансформаторів і перетворювальних пристроїв ефективно охолоджуються за допомогою ЗВКЦ. На основі моделювання процесів теплопередачі в пристроях забезпечення теплових режимів трансформаторів, виконаного з використанням електротеплових аналогій та законів Кірхгофа, розроблено методику розрахунку теплового режиму трансформатора на основі колекторної ТТ з розгалуженою зоною випаровування, а також запропоновано методику розрахунку конденсаційно-рідинного теплообмінника замкненої випаровувально-кон-денсаційної СЗТР потужних трансформаторів й перетворювальних пристроїв з конусоподібною насадкою, побудовану на основі теорії теплообміну.

У третьому розділі розроблено та науково обґрунтовано нові концептуальні підходи та технічні рішення щодо реалізації двофазних технологій тепловідводу в СЗТР складних обчислювальних комплексів і систем керування, побудованих за функціонально-модульним принципом з розміщенням функціонально закінчених блоків і модулів в БНК третього рівня: у приладових шафах з водяним охолодженням та теплоізольованих камерах або шафах з АДХМ.

Суть першого концептуального підходу полягає у застосуванні теплотрубних панельних колекторів (ТТПК) на основі U-подібних ТТ в якості полиць БНК з розташуванням зон конденсації ТТ в порожнинах бічних стінок шафи, по яких прокачується охолоджуюча вода (рис. 11), що забезпечує зменшення енерго-витрат на прокачування води по гідравлічній магістралі та одночасне збільшення кількості теплоти, що відводиться з однієї приладової шафи. Дослідження процесів передачі теплоти й гідродинаміки в запропонованій СЗТР здійснено методом фізичного моделювання на двох теплових макетах (макет секції та макет восьмисекційного стояка). Для кожного теплового макету у лабораторних умовах НТУУ “КПІ” з алюмінієвого профілю АС-КРА7,3-Р1 було виготовлено та досліджено 7 U-подібних ТТ (рис. 12) з розмірами 30х540х220 мм (зона нагріву 30х420 мм, зони конденсації 30х150 мм, Н=14 мм), заповнених аміаком в кількості 11±1,5 г. КС виконана у вигляді 19 канавок диаметром 1,1 мм, сполучених з паровим простором ТТ. При тепловому потоці від 100 до 500 Вт термічний опір ТТ склав від 0,036 до 0,004 єС/Вт, а перепад температури по ТТ не перевищував 4,5 єС.

Експериментальні дослідження теплопередавальних характеристик макету секції БНК з семи U-подібних ТТ (рис. 13) показали, що задане значення температури в зоні нагріву ТТ +60 єС досягалося при сумарному тепловому потоці 3050 та 3600 Вт і подачі води зверху вниз та знизу вверх, відповідно, із витратою по 3 л/хв у кожній стінці (рис. 14).

ТР - теплове рознімання “модуль - ТТПК”. Р_1…Р_м, Р_с - теплова потужність 1-го…м-го модулів та секції відповідно.

У макеті восьмисекційного стояка (кожна міжсекційна панель складалася з однієї U-подібної ТТ) (рис. 15) температура в зоні нагріву ТТ +60 єС досягалася при сумарному тепловому потоці 3672 Вт і подачі води зверху вниз із витратою по 3 л/хв у кожній стінці, та більше 4330 Вт (обмеження потужністю нагрівачів) - при подачі води знизу вверх з меншою витратою (по 2 л/хв) у кожній стінці, на підставі чого режим подачі води знизу вверх рекомендовано як основний режим.

Таким чином, експериментально доведено, що при побудові водяної СЗТР для складних пристроїв ОТіК в БНК на основі семи теплотрубних панельних колекторів з U-подібних ТТ (по 7 ТТ у кожному колекторі) від приладової восьмисекційної шафи можна відвести від 25,2 до 30,3 кВт теплової потужності при температурі зони нагріву ТТ не більше +60 єС і високій рівномірності температурного поля (5...7 єС - в межах секції та 3...5 єС - в межах багатосекційної БНК).

В результаті досліджень впливу кута нахилу макетів на їх теплові характеристики у діапазоні теплових навантажень від 500 до 3600 Вт для макета секції та від 710 до 4330 Вт для макета багатосекційного стояка виявлено суттєве зменшення максимальної теплопередавальної здатності Q СЗТР при збільшенні кута нахилу ц від 0 до 15^о (рис. 16). Максимальна теплопередавальна здатність фіксу-валась при досягненні температури пари +65 єС хоча б в одній ТТ (температура води на вході 23 єС). Причина полягає у локальному блокуванні парового простору кожної U-подібної ТТ рідкою фазою теплоносія у наслідок його зливу в одну з зігнутих ділянок ТТ в нахиленому праворуч або ліворуч положенні.

З цієї ж причини в результаті експериментального дослідження впливу хитання з кутом ±45 і періодом 32 с на температурне поле U-подібних ТТ при тепловому потоці 550 Вт встановлено (рис. 17) циклічне коливання температури t у зонах випаровування (термопари 2, 3, 7) і конденсації (термопари 4, 9 - ліва зона; 8, 10 - права зона) ТТ. Температура в центрі ТТ (термопара 3) при хитанні коливається в межах 7 єС, по краях ТТ - у межах 17 й 11єС. тепловий обчислювальний пристрій

З метою усунення виявлених ефектів запропоновано розмістити в порожнині ТТ коаксіально її стінкам гнучкі трубчасті вставки у зігнутих ділянках ТТ, які б забезпечували транспортування парової фази теплоносія до конденсаційних зон крізь заблоковану рідиною ділянку ТТ.

При зміні кута нахилу макетів у перпендикулярному напрямку відносно вісей ТТ (нахил верха макета назад або вперед) впливу кута нахилу на максимальний тепловий потік макетов не виявлено.

Враховуючи наявність холодних поверхонь в конструкції БНК з метою унеможливлювання випадання конденсату з оточуючого повітря на охолоджені поверхні шафи в умовах експлуатації розроблено методику визначення параметрів покриття для їх теплоізоляційцного захисту.

Другий концептуальний підхід полягає в створенні для обчислювальних пристроїв та модулів з відносно невеликим тепловиділенням, температура яких повинна підтримуватись на рівнях нижче температури оточуючого середовища, перспективних термосифонних СЗТР з розчинним газом (аміаком), що побудовані на базі теплоізольованої камери або шафи з двома рівнями температур та АДХМ. Запропоновано та досліджено комплекс нових конструктивних рішень, спрямованих на підвищення надійності роботи та холодопродуктивності таких СЗТР. Зокрема, запропоновано ввести в генераторний вузол резервний паралельний ТС.

Вперше розроблено, виготовлено та досліджено зразки АДХМ із двома термосифонами в трьох варіантах виконання (два ТС з одним спільним жаровим стаканом; два ТС, кожен зі своїм жаровим стаканом; два ТС без жарових стаканів з нагрівачами) при підведенні потужності 125 Вт по черзі до кожного та одночасно до двох ТС. Встановлено, що в першому варіанті обидва ТС працюють у режимі насосу. В інших двох варіантах виконання один (основний) ТС працює в режимі насосу, а другий - не працює і знаходиться в режимі очікування. Температура непрацюючого ТС на 20...60 °С нижче працюючого, а температура на ТС АДХМ з двома ТС знаходиться в тому ж діапазоні, що й температура ТС серійної АДХМ з одним ТС і жаровим стаканом. Найменшу температуру жарового стакану має АДХМ з двома ТС, привареними до одного спільного жарового стакану. Причому, вона нижче температури серійної АДХМ з одним ТС і жаровим стаканом на 50...60 °С, що обумовлено інтенсифікацією знімання теплоти термосифонними насосами і підвищує надійність роботи АДХМ і СЗТР в цілому. Удосконалено також конструкцію нагрівного вузла та ресивера АДХМ, що дозволило підвищити її надійність в умовах експлуатації.