بررسی تجربی و شبیه‌سازی عددی لوله گرمایی ترموسیفون در شرایط عملکردی دما بالا

نویسندگان

1 پژوهشگاه صنعت نفت

2 صنعتی مالک اشتر

3 تربیت مدرس

چکیده

در قرن اخیر انرژی از اهمیت ویژه‌ای به دلیل کمبود منابع انرژی و همچنین میزان اتلاف زیاد آن برخوردار شده است. استفاده بهینه از انرژی و به حداقل رساندن میزان اتلاف آن به یکی از بزرگترین اهداف محققان تبدیل‌ شده و زمینه ساخت و تولید وسایلی جهت رسیدن به این هدف را فراهم آورده است. لوله گرمایی یکی از وسایلی است که دارای انتقال انرژی گرمایی بالا در حجم کم است که اخیراً به ‌عنوان ابررسانا در بسیاری از موارد کاربرد دارد. لوله گرمایی بر اساس ابعاد و شرایط دمایی مورد استفاده و جنس سیال عامل، طراحی‌ و استفاده قرار می‌شود. یکی از اجزای اصلی تشکیل‌دهنده لوله گرمایی سیال عامل آن بوده که با توجه به خواص سیال عامل و شرایط عملیاتی لوله گرمایی انتخاب می‌شود. لوله گرمایی از نوع ترموسیفون بر اساس روابط و خواص سیال و جنس بدنه در شرایط عملکردی در دمای بالا طراحی، ساخته‌ و بررسی می‌شود. در این مقاله، عوامل مؤثر در انتقال حرارت لوله گرمایی ازجمله ضرایب انتقال حرارت داخلی تبخیرکننده و چگالنده، ضریب هدایت حرارتی به صورت تجربی و شبیه سازی عددی بررسی و نتایج آن به‌صورت نمودار گزارش شده است. نتایج نشان می‌دهند، لوله گرمایی در شار گرمایی 278 وات عملکرد بهتری داشته و هرچه به شرایط طراحی نزدیکتر می‌شود، عملکرد قابل قبولی ارائه می‎دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation and Numerical Simulation of Thermosyphon Heat Pipe under High Temperature Operation Conditions

نویسندگان [English]

  • mohammad mazidi sharaf abadi 1
  • mohammad vaezi 2
  • amir hosein sadr oldini 3
1 sanAt naft
2 malek ashtar
3 modarres
چکیده [English]

In recent centuries energy has become of great importance due to the shortage of energy resources and energy losses. Efficient use of energy and minimizing energy waste has become one of the largest research purposes and achieving this goal has provided the field of production of the devices. In this research, the construction of a high-temperature heat pipe with mercury as the working fluid as well as CFD simulation of the heat pipe is investigated and the obtained results are presented. The factors affecting the heat transfer of the heat pipe, including the evaporator and condenser internal heat transfer coefficients and the thermal conductivity coefficient are empirically and numerically investigated and the results are reported as the diagram. The results show that the heat pipe in the heat flux of 278 watts has an efficiency of 0.89 and has the lowest thermal resistance (R=1.3 °C/W) against the heat transfer, which has a better performance than the lower input heat fluxes. The heat pipe built in temperature range close to the design conditions delivers more acceptable performance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heat Pipe
  • Heat Pipe Working Fluid
  • High Temperature Heat Pipe
  • Merritt Number

مراجع

  1. Reay, D., and kew, P. “Heat Pipes, Theory, Design and Applications”, Fifth Edition, Elsevier, USA, 2006.##
  2. Faghri, A. “Heat Pipe Science and Technology” , First Edition, Taylor & Francis,USA, 1995.##
  3. Mousa, F., and Hashem, H. “Gas Turbine Exhaust Gas Heat Recovery at South Baghdad (Iraq) Power Plant”, Heat Recovery Syst. CHP, Vol. 9, No. 6, pp. 547-552,1989.##
  4. Cunha, A.F.V., and Mantelli, M.B.H. “Analytical and Experimental Analysis of a High Temperature Mercury Thermosyphon”, J. of Heat Transfer, Vol. 131, No. 9, pp. 11-17, 2009.##
  5. Gedik, E. “Experimental Investigation of the Thermal Performance of a Two-phase Closed Thermosyphon at Different Operating Conditions”, Energy Build., Vol. 127, pp. 1096-1107, 2016.##
  6. Annamalai, A.S., and Ramalingam, V. “Experimental Investigation and Computational Fluid Dynamics Analysis of an Air Cooled Condenser Heat Pipe”, Therm. Sci., Vol. 15, No. 3, pp. 759-772, 2011.##
  7. Faghri, A. “Heat Pipes: Review, Opportunities and Challenges”, Fronti. Heat Pipes, Vol. 5, No.1, pp. 1-48, 2014.##
  8. Chaffey, G., Ralph, J.C., and Wade, C.D. “Development of a High Temperature Heat Pipe Heat Exchanger”, Report EUR 9932 EN, pp. 51-65, 1985.##
  9. Anderson W.G., Hartenstine, J.R., Sarraf, D.B., and Tarau, C. “Intermediate Temperature Fluids for Heat Pipes and Loop Heat Pipes”, Proc. 15th Int. Heat Pipe Conf. (15th IHPC), Clemson, USA, 2010.##

10. Strel’tsov, A.I. “Theoretical and Experimental Investigation of Optimum Filling for Heat Pipes”, Heat Transfer: Soviet Res., Vol. 7, No. 1, pp. 23-27, 1975.##

11. De Schepper S.C.K., Heynderickx G.J., and Marin G.B. “Modeling the Evaporation of a Hydrocarbon Feedstock in the Convection Section of a Steam Cracker”, Comput. Chem. Eng., Vol. 33, No. 1, pp. 122-132, 2009.##

12. Yaws, C.L. “Chemical Properties Handbook: Physical, Thermodynamics, Environmental Transport, Safety and Health Related Properties for Organic and Inorganic Chemicals”, McGraw-Hill, New York, 1999.##

13. ANSYS FLUENT User Guide (Release 13.0). “Modeling Multiphase Flows”, ANSYS, Inc., (chapter 26), pp. 1143-1144, 2010.##

14. Carey, V.P. “Liquid Vapor Phase Change Phenomena: An Introduction to the Thermophysics of Vaporization and Condensation Processes in Heat Transfer Equipment”, Second Edition, Taylor & Francis, London, 2007.##

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 23 مرداد 1396
  • تاریخ بازنگری: 01 اسفند 1397
  • تاریخ پذیرش: 28 شهریور 1397
  • تاریخ انتشار: 01 تیر 1398

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار