مدلسازی ریاضی اثردمای محیط و چگالنده بر عملکرد لوله حرارتی حلقه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد / دانشگاه اصفهان

2 عضو هیات علمی / دانشگاه اصفهان

3 پژوهشگر / پژوهشکده مواد و انرژی

4 عضو هیات علمی / گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان

5 عضو هیات علمی / پژوهشکده مواد و انرژی اصفهان

چکیده

لوله حرارتی حلقه ای یک وسیله منفعل برای خنک کاری سیستم های مختلف است. در کاربردهای فضایی، به دلیل عدم وجود جاذبه، قابلیت اطمینان بالا و کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری استفاده از این وسیله برای خنک کاری تجهیزات الکترونیکی، دیداری و یکسان سازی دمای ماهواره ها جذاب است. در این مطالعه، تأثیر دو پارامتر دمای محیط و چگالنده بر عملکرد لوله حرارتی حلقه ای با استفاده از مدلسازی ریاضی بررسی شده است. از یک لوله حرارتی حلقه ای با فتیله نیکلی، تبخیرکننده استوانه ای و سیال عامل آمونیاک در بازه توان 20 تا 350 وات برای مدلسازی استفاده می شود. اعتبارسنجی نشان می دهد در بارهای حرارتی 90 تا 350 وات، انطباق خوبی بین نتایج مدلسازی و آزمایشگاهی وجود دارد. انتقال حرارت محفظه جبرانی با محیط بر روی دمای کاری و محدوده عملکرد پایای سیستم تأثیر گذار است. با کاهش دمای محیط از 300 تا 280 کلوین در دمای چگالنده 273 کلوین دمای کاری در بارهای حرارتی بین 20 تا 100 وات تا 12 کلوین کاهش می یابد و با افزایش بیشتر بار حرارتی تا 350 وات تأثیر آن ناپدید می شود. کاهش دمای محیط از 300 تا 280 کلوین منجر به افزایش طول ناحیه دو فازی چگالنده و در نتیجه کاهش محدوده عملکرد لوله حرارتی حلقه ای در حالت پایا از 350 به 150 وات می شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A mathematical model to investigate the effects of the ambient and condenser temperatures on the performance of a loop heat pipe

نویسندگان [English]

  • Vahid Manshaie 1
  • Ebrahim Afshari 2
  • Isar Dashti 3
  • Mehdi Mosharaf 4
  • Saeed Asghari 5
1 University of Isfahan
2 هیات علمی دانشگاه اصفهان
3 Institute of Materials and Energy
4 University of Isfahan
5 Energy center/ Isfahan
چکیده [English]

A loop heat pipe is a passive device, which can be used for cooling of different systems. In the space applications and in the absence of the gravity, the heat pipe is an attractive device for cooling the electronic and optical devices, because of its high reliability. In the present study, the effects of two parameters, including the ambient and condenser temperatures, on the performance of the loop heat pipe are investigated through the mathematical modeling. A loop heat pipe with nickel wick, cylindrical evaporator, and ammonia as its working fluid is examined in the power range of 20 to 350W. The validation results show that there is a good agreement between the experimental and mathematical results in the power range of 90 to 350 W. Heat transfer between reservoir the and the ambient affect the working temperature and the steady-state performance of the system. By reducing the ambient temperature for 300 to 280 K with the condenser temperature of 273 K, the working temperature is reduced up to 12K in the heat loads between the 20 to 100 W. However, this reduction in the working temperature is vanished by increasing the heat loads to 350W. By reducing the ambient temperature for 300 to 280K, the length of the two-phase region of the condenser is decreased, which leads to a reduction from 350 to 150W in the steady state process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Loop heat pipe
  • Mathematical modelling
  • Reservoir
  • Ambient temperature
  • Condenser temperature

مراجع

[1] Y. F. Maydanik, Loop heat pipes, Applied Thermal Engineering, Vol. 25, No. 5-6, pp. 635-657, 2005.
[2] K.Goncharov, M. Nikitkin, O. Golovin, Y. G. Fershtater, Y. F. Maidanik, S. Piukov, Loop heat pipes in thermal control systems for “Obzor” spacecraft. SAE Technical Paper, 1995.
[3] T. Gao, T. Yang, S. Zhao, Q. Meng, The design and application of temperature control loop heat pipe for space CCD camera, International Symposium of Space Optical Instrument and Application. Springer. 2017.
[4] l. Mottet, Simulations of heat and mass transfer within the capillary evaporator of a two-phase loop, Ph.D, Tolouse, 2016.
[5] T. Kaya, T. T. Hoang, Mathematical modeling of loop heat pipes and experimental validation, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol. 13, No. 3, pp. 314-320, 1999.
[6] T. Hoang, T. Kaya, Mathematical modeling of loop heat pipes with two-phase pressure drop. 33rd Thermophysics Conference. 1999.
[7] N. Atabaki, Experimental and computational studies of loop heat pipes, PhD Thesis, Department of Mechanical Engineering, McGill, 2006.
[8] H. Jazebizadeh T. Kaya, Numerical and experimental investigation of the steady-state performance characteristics of loop heat pipes, Applied Thermal Engineering, Vol. 181, pp. 115577-115588, 2020.
[9] L. Zhou, Z. Qu, G. Chen, J. Huang, J. Miao, One-dimensional numerical study for loop heat pipe with two-phase heat leak model, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 137, pp. 467-481, 2019.
[10] M.Nishikawara, H. Nagano, Parametric experiments on a miniature loop heat pipe with PTFE wicks, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 85, pp. 29-39, 2014.
[11] M. Chernysheva, S. Yushakova, Y. Maydanik, Effect of external factors on the operating characteristics of a copper–water loop heat pipe, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 81, pp. 297-304, 2015.
[12] A. Anand, A. Jaiswal, A. Ambirajan, P. Dutta, Experimental studies on a miniature loop heat pipe with flat evaporator with various working fluids, Applied Thermal Engineering, Vol. 144, pp. 495-503, 2018.
[13] Z. Zhang, H. Zhang, X. Lai, Z. Liu, W. Liu, Numerical study on thermohydraulic behavior in compensation chamber of a loop heat pipe with flat evaporator, Applied Thermal Engineering, Vol. 171, pp. 115073-115082, 2020.
[14] F. White, Viscous Fluid Flow 2nd edition McGraw-Hill, New York, 1991.
[15] M. Dobson, J. Chato, Condensation in smooth horizontal tubes, 1998.
[16] J. Chato, Laminar condensation inside horizontal and inclined tubes, PhD Thesis, Department of Mechanical Engineering, MIT libraries, 1962.
[17] M. M. Shah, An improved and extended general correlation for heat transfer during condensation in plain tubes, Hvac&R Research, Vol. 15, No. 5, pp. 889-913, 2009.
[18] R. Martinelli, R. Lockhart, Proposed correlation of data for isothermal two-phase, two-component flow in pipes, Chemical Engineering Progress. Vol. 45, No. 1, pp. 39-48, 1949.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار