مطالعه عددي و تجربي پارامترهاي موثر بر كارآيي حرارتي لوله‌هاي گرمايي دايروي مستقيم دو سر خنك‌شونده با تبخيركننده مياني

Numerical and Experimental Study of the Effective Parameters on the Thermal Performance of Straight Circular Heat Pipes with Double-Ended Cooling with Middle Evaporator

لوله گرمايي وسيله‌اي كارآمد در انتقال حرارت است و مي‌تواند مقادير بزرگي از گرما را با اختلاف دماي اندك بين منبع گرم و سرد به سرعت انتقال دهد. در مطالعه حاضر از يك روش شبيه‌سازي عددي دوبعدي براي تحليل كارآيي حرارتي لوله‌هاي گرمايي دو سر خنك‌شونده با تبخيركننده مياني و بررسي تاثير شرايط عملكرد، مشخصات فتيله و محفظه نگه‌دارنده روي آن استفاده شد. معادلات حاكم توسط نرم‌افزار انسيس فلوئنت گسسته‌سازي شده و سپس با استفاده از شرايط مرزي مناسب حل و پروفيل دماي ديواره لوله گرمايي به‌دست آورده شد. سپس براي اعتبارسنجي نتايج و همچنين بررسي اثر استفاده از دو چگالنده روي مقاومت حرارتي لوله‌هاي گرمايي از يك مجموعه آزمايشگاهي استفاده شد. نتايج حل عددي با نتايج تجربي و عددي معتبر مورد مقايسه قرار گرفت كه داراي تطابق بسيار خوب و قابل قبولي بود. نتايج نشان داد كه لوله‌هاي گرمايي دو سر خنك‌شونده نسبت به لوله‌هاي گرمايي معمولي مقاومت حرارتي كمتري داشتند. مقدار مقاومت حرارتي با افزايش ميزان ضخامت و تخلخل فتيله افزايش پيدا مي‌كرد. اما افزايش طول تبخيركننده و چگالنده‌ها و همچنين افزايش ضخامت و قطر داخلي محفظه نگه‌دارنده موجب كاهش مقاومت حرارتي مي‌شد. همچنين نتايج نشان داد كه لوله‌هاي گرمايي كه در ساخت محفظه نگه‌دارنده و فتيله آنها از موادي با ضريب هدايت حرارتي بالاتري استفاده شده بود مقاومت حرارتي كمتري داشتند. در نهايت مشخص شد كه ميزان افزايش توان حرارتي روي مقاومت حرارتي تاثير قابل توجهي نداشت.

The heat pipe is an efficient heat transfer device and can transfer large amounts of heat with a small temperature difference between the hot and cold sources quickly. In the present study, a two-dimensional numerical simulation method was used to analyze the thermal performance of heat pipes with double-ended cooling with the middle evaporator and to investigate the effect of operating conditions, wick and retaining chamber characteristics on it. The governing equations were discretized by ANSYS Fluent software and then solved using suitable boundary conditions. The wall temperature profile of the heat pipe was obtained. Then, to validate the results and to investigate the effect of using two condensers on the thermal resistance of the heat pipes, an experimental apparatus was used. Numerical results were compared with the valid numerical and experimental results that had very good and acceptable accordance. The results showed that the heat pipes with double-ended cooling with a middle evaporator had a lower thermal resistance than conventional heat pipes. The amount of thermal resistance increased with increasing the thickness and porosity of the wick. However, increasing the evaporators and condensers length, as well as increasing the thickness and internal diameter of the retaining chamber, reduced the thermal resistance. The results also showed that the heat pipes, which the materials with higher thermal conductivity were used in their wick and retaining chamber’s manufacturing, had a lower thermal resistance. Finally, it was found that the increase of thermal power had no significant effect on the thermal resistance.