شبیه‌سازی عددی و تحلیل پارامتری یک لوله حرارتی جهت کاربرد در سامانه های هوافضایی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه اصفهان

2 هیات علمی دانشگاه اصفهان

3 دانشجوی دکتری، دانشگاه اصفهان

4 گروه مهندسی مکانیک/دانشگاه اصفهان

5 دانشیار/ پژوهشکده مواد و انرژی اصفهان

چکیده

استفاده از لوله‌های حرارتی به عنوان راهکاری برای خنک کاری و کنترل دمایی غیر فعال در تجهیزات الکترونیکی، مخصوصاً در ماهواره‌ها محسوب می‌شوند. قابلیت ‌اعتماد بالا، هزینه پایین و عدم مصرف توان، عمر زیاد و هدایت گرمایی بالا از ویژگی های جذاب استفاده از این وسایل کنترل کننده دما هستند. در این مقاله، هدف مطالعه عددی پارامترهای موثر بر عملکرد یک لوله حرارتی است که در زیر سیستم کنترل دمایی در کاربردهای فضایی، دما را در حین عملکرد ماهواره در محدوده مد نظر کنترل می کند. در این پژوهش ابتدا اعتبارسنجی نتایج عددی شبیه سازی یک لوله حرارتی سه بعدی استوانه‌ای با نتایج آزمایشگاهی موجود در مقالات انجام شده است. پس از اطمینان از حل عددی، اثر سیال کاری، ضریب تخلخل و طول کندانسور بر رفتار حرارتی لوله مورد بررسی قرار گرفته است. مدلسازی عددی به صورت گذرا، سه بعدی و با استفاده از روش حجم سیال انجام شده است. نتایج شبیه سازی عملکرد لوله حرارتی نشان می دهد که رفتار دمایی لوله حرارتی پس از 120 ثانیه پایا می شود. همچنین نتایج نشان می دهد که با کاهش ضریب تخلخل ناحیه فتیله، مقاومت حرارتی در لوله حرارتی افزایش و میزان انتقال حرارت کاهش می یابد. با بررسی سه سیال کاری استون، آب و متانول، کمترین مقاومت حرارتی به ترتیب مربوط به سیال کاری متانول، استون و آب بوده است. همچنین کسر حجمی بخار آب و آب مایع با کاهش طول کندانسور به ترتیب بیشتر و کمتر بوده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of heat pipe and study of geometric parameters and working fluid on its thermal performance for aerospace applications

نویسندگان [English]

  • Ebrahim Afshari 1
  • Ehsan Baniasadi 2
  • Negar Shakarami 3
  • Seyed Ali Atyabi 4
  • Saeed Asghari 5
1 هیات علمی دانشگاه اصفهان
2 هیات علمی دانشگاه اصفهان
3 PH.D. Student,/University of Isfahan
4 University of Isfahan
5 Energy center/ Isfahan
چکیده [English]

One of the critical challenges in the satellite is thermal management of the electronic unit and preventing the formation of hotspots, which requires proper heat transfer for structures used in spacecraft. One way to increase heat conduction is to use heat pipes in these structures. Heat pipes are passive heat control methods that can be used in aerospace applications due to their reliability, cost and power consumption, lifetime, and high thermal conductivity. The main goal of this study is to apply a heat pipe in thermal management of the satellite. We use a 3D cylindrical numerical model of the wicked heat pipe for comprising with experimental data. Heat pipe simulation is performed using the multi-phase volume of the fluid model (VOF) method, and user-defined function in the numerical model in Fluent software. We use transient mode for solving equations. The simulations results show that after 120 s the heat pipe operation is stabled. The results confirm reducing the porosity, the thermal resistance in the heat pipe increases, and the heat transfer performance decreases. The results also show that the methanol has the lowest thermal resistance among other coolants.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heat Pipe
  • Spacecraft thermal control
  • Wick
  • Multi-phase
  • numerical simulation