شبیه‌سازی عددی لوله حرارتی رسانایی متغیر با مخزن سرد با رویکرد جریان‌ تک فازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان

2 عضو هیات علمی، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان

3 عضو هیات علمی، مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان،

4 پژوهشکده مواد و انرژی اصفهان

چکیده

یکی از مشکلات اساسی در شبیه‌سازی لوله‌های حرارتی بالا بودن هزینه محاسباتی و زمان اجرای آن‌ها است که عملا فرآیند مطالعه پارامتری را مختل می‌کند. در اینجا برای حل مشکل مذکور از یک مدل با چند جریان تک فاز به جای استفاده از مدل‌ جریان چند فازی استفاده شده است. در حقیقت با اعمال یک مجموعه شرط داخلی و همچنین عبارت‌های منبع معادلات مربوط به جریان‌های تک فاز مایع و تک فاز بخار با یکدیگر کوپل شده و حل می‌شوند. با انجام یک مجموعه مطالعه پارامتری روی لوله حرارتی رسانایی متغیر با مخزن سرد، میزان تاثیر عوامل مختلف از جمله نرخ حرارت ورودی، دمای مدفن حرارتی، جرم گاز غیرقابل چگالش روی عملکرد این تجهیز مشخص شده است. برای لوله حرارتی رسانایی متغیر بررسی شده نتایج عددی نشان می‌دهد که دمای مدفن حرارتی بیشترین تأثیر را بر توزیع دمای متوسط دیواره، ضریب انتقال حرارت کلی، طول فعال چگالنده و دمای متوسط آن دارد؛ به طوری که در هر مرحله افزایش دمای مدفن حرارتی به میزان (K)10، دمای متوسط دیواره به میزان (K)4/6، ضریب انتقال حرارت کلی به میزان (W/(m2.K))6/170، طول فعال چگالنده در حدود (mm) 48 و دمای متوسط آن (K)6/6 افزایش می‌یابد. بالاترین میزان رشد مقاومت حرارتی با افزایش تخلخل حاصل می‌شود؛ در هر مرحله افزایش تخلخل به میزان 25/0، مقاومت حرارتی (K/W)6/15 افزایش می‌یابد که به دلیل کاهش رسانایی حرارتی مؤثر فتیله است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Cold Reservoir Variable Conductance Heat Pipe by Single-phase Flow Approach

نویسندگان [English]

  • Mohammad-Mahdi Gorji 1
  • Mahdi Mosharaf Dehkordi 2
  • Ebrahim Afshari 3
  • Isar Dashti 4
1 Department of Mechanical engineering, Faculty of engineering, University of Isfahan
2 Department of Mechanical engineering, Faculty of engineering, University of Isfahan
3 Department of Mechanical engineering, Faculty of Engineering, University of Isfahan
4 Materials and Energy Research Institute, Isfahan, Iran
چکیده [English]

One of the main problems in the numerical simulation of heat pipes is its high computational cost and runtime, which practically disrupts the parametric study process. To handle this problem, a model employing a set of single-phase flow models, instead of a multi-phase flow model, has been proposed. By applying a set of internal conditions and using some source terms, the governing equations related to the liquid and vapor single-phase flows are coupled together and simultaneously solved. Parametric study has been performed on a variable conductance heat pipe with a cold reservoir to clarify the effects of the different factors, such as input heat rate, sink temperature, mass of non-condensable gas, on the performance of this equipment. For the studied heat pipe, numerical results show that sink temperature has the most impact on average wall temperature, overall heat transfer coefficient, active length of condenser, and its average temperature. In each step of sink temperature increment of 10 (K), it is observed that the average wall temperature, overall heat transfer coefficient, active length of condenser, and its average temperature are increased about 6.4 (K), 170.6 (W/(m2.K)), 48 (mm), and 6.6 (K), respectively. By increasing the wick porosity, greatest growth of thermal conductivity is achieved. It is observed that thermal conductivity is increased about 15.6 (K/W) by an increment of 0.25 in the wick porosity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Variable conductance heat pipe
  • Cold reservoir
  • Non-condensable gas
  • Condenser active length
  • single-phase flow approach