بررسی پایان نامه های انجام شده درباره : مدل‌سازی جریان و انتقال حرارت دو فاز در لوله گرمایی ... |
 |
ویمراد و همکاران به تحلیل اثر ورودی گرما و زاویه شیب بر گرمای لوله پرداختند. ورودی گرما برای مراحل گوناگون تغییر کرد و زاویه شیب برای ورودی‌های گرمای متفاوت، در حالت شیب‌دار و عمودی قسمت چگالنده بالای اواپراتور قرار دارد. برای انجام آزمایش لوله گرمائی از فولاد زنگ نزن با طول کل mm۹ و قطر خارجی mm۵۳ استفاده شد و آب به‌عنوان سیال کاری انتخاب شد. دما در طول لوله گرمائی از سمت اواپراتور تا چگالنده کاهش می‌یابد. ویژگی‌های معمول لوله گرمائی برای همه موقعیت‌ها به‌ویژه موقعیت‌های عمودی و شیب‌دار به دست آمد. کمترین زمان رسیدن به حالت پایا برای لوله در حالت عمودی بود. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش در گرمای ورودی، مقاومت حرارتی کاهش می‌یابد. کمترین مقاومت حرارتی مربوط به حالت شیب‌دار بود]۲۱٫[
ونگ و همکاران با انجام آزمایش‌هایی به تحقیق تأثیر تبخیر و چگالش بر عملکرد لوله‌های گرمائی مسطح پرداختند. در این آزمایش‌ها لوله گرمائی مسطح دارای طول انتقال گرمائی ۲۵۵mm و عرض ۲۵mm بود و آب خالص به‌عنوان سیال کاری انتخاب شد. نتایج نشان می‌دهد که در مقایسه با مجرای بخار، لوله گرمائی مسطح می‌تواند در فواصل طولانی انتقال گرما انجام دهد، در مقایسه با لوله‌های گرمائی معمولی، لوله گرمائی مسطح تماس بزرگی با منابع گرمائی دارند، مقاومت حرارتی کاهش و محدوده انتقال گرما با افزایش طول قسمت تبخیر، افزایش می‌یابد. لوله گرمائی مسطح در توان گرمائی پایین‌تری با افزایش طول قسمت چگالنده، خشک می‌شود که نشان‌دهنده آن است که محدوده انتقال حرارت کاهش یافته است، اما دمای اواپراتور نیز کاهش می‌یابد، وقتی‌که طول چگالش به‌اندازه طول تبخیر شود، لوله گرمائی مسطح عملکرد بهتری دارد]۲۲٫[
تران و همکاران به بررسی تجربی استفاده از لوله‌های گرمائی مسطح به‌عنوان جزئی تأثیرگذار و کم‌مصرف انرژی برای کاهش دمای قسمت پائین باتری برای خودروهای هیبریدی پرداختند. برای این هدف، شار گرمائی نامی تولیدشده توسط قسمت باتری بازتولید می‌شود و به سیستم سرمایش لوله گرمائی مسطح وارد می‌شود. عملکرد حرارتی سیستم سرمایش لوله گرمائی مسطح با عملکرد یک چاه گرمائی معمولی تحت شرایط سرمایش مختلف و موقعیت‌های متفاوت مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهند که اضافه شدن لوله گرمائی مقاومت حرارتی جاه گرمائی را %۳۰ تحت جابه‌جائی آزاد و %۲۰ تحت سرمایش با هوای سرعت پائین کاهش می‌دهد. درنتیجه دمای سلول زیر C°۵۰ نگه‌داشته می‌شود که با بهره گرفتن از چاه گرمائی حاصل نمی‌شود. با توجه به فضای اختصاص داده‌شده به قسمت باتری در وسیله نقلیه، لوله گرمائی می‌تواند در وضعیت عمودی یا افقی قرار گیرد. علاوه بر این، لوله گرمائی مسطح به‌طور بهینه‌ای تحت شرایط مختلف جاده کار می‌کند. رفتار گذاری لوله گرمائی مسطح همچنین تحت ورودی توان با فرکانس بالا و دامنه بزرگ هم مطالعه شده است، همچنین مشخص شد که لوله گرمائی مسطح می‌تواند افزایش ناگهانی شار گرمائی را بهتر از چاه گرمائی کنترل کند]۲۳٫[
دی شامفلیر و همکاران بر لوله گرمائی مسی با سیال آب با فتیله‌ای از جنس فیبرهای فلزی با قطر mµ۱۲ تحقیق کردند. لوله گرمائی با مش فیبر با دو فتیله دیگر مقایسه شده‌اند، مش صفحه‌ای (۱۴۵ مش در اینج) و فتیله پودر متخلخل. همه این سه لوله گرمائی دارای قطر خارجی ۶mm و طول ۲۰۰ mm هستند و از آب به‌عنوان سیال کاری استفاده می‌کنند. آزمایش‌ها به‌دقت در سه حالت عمودی، مخالف جهت جاذبه و در جهت جاذبه انجام شدند. در جهت مخالف جاذبه لوله گرمائی برای گرمائی ورودی تا ۷۰W و دمای عملکردی ۷۰°C آزمایش شد. برای جهت موافق جاذبه، لوله‌های گرمائی تا ۱۶۰ W و دمای ۱۲۰°C آزمایش شد. مقاومت حرارتی و اختلاف دمایی بین اواپراتور و چگالنده به‌عنوان شاخص استفاده شده است]۲۴٫[
برای جهت موافق گرانش، فتیله با مش صفحه‌ای، بهتر از فیبر و پودر متخلخل کار می‌کند زیرا نفوذپذیری بالاتر و توانائی بهتری در توزیع سیال کاری در محیط فتیله دارد. برای جهت مخالف گرانش، فیبر و مش صفحه‌ای به یک اندازه خوب هستند. هر دو مقاومت حرارتی کمتری نسبت به لوله گرمائی با پودر متخلخل دارند، زیرابه دلیل وجود فیبرها با قطر کم و مش ریز کانال‌های موئین بسیار کوچکی در مقایسه با پودر متخلخل به وجود می‌آید]۲۴٫[
کنگ و همکاران به مطالعه تأثیر نانو سیال‌ها بر عملکرد حرارتی لوله گرمائی پرداختند. پراکندگی رقیق نانو ذرات نقره در آب خالص به‌عنوان سیال کاری برای لوله گرمائی با ضخامت فتیله mm 1 انتخاب شد. نانو سیال استفاده‌شده در این مطالعه محلول آبی شامل نانو ذرات نقره با قطر ۱۰ تا nm 35 است]۲۵٫[
آزمایش برای اندازه‌گیری توزیع دما و مقایسه اختلاف دمای لوله گرمائی با بهره گرفتن از نانو سیال و آب مقطر انجام شده است. مقدار نانو ذرات آزمایش‌شده از ۱۰ تا mg/l 100 تغییر می‌کند. قسمت چگالنده لوله گرمائی به چاه گرمائی متصل است که با بهره گرفتن از منبع آبی با دمای ثابت، در دمای°C 40 درجه نگه‌داری می‌شود]۲۵٫[
در حجم یکسان، توزیع دمای اندازه‌گیری شده لوله گرمائی با نانوسیال نشان می‌دهد که اختلاف دمایی بین ۰٫۵۶°C تا ۰٫۶۵ در مقایسه با آب مقطر در توان W 50 – ۳۰ تغییر می‌کند. علاوه بر این، نانو سیال می‌تواند توان ورودی به‌اندازه W 70 را داشته باشد درحالی‌که این مقدار برای آب خالص W 20 است]۲۵٫[
کول و دی عملکرد حرارتی فتیله مش صفحه‌ای با بهره گرفتن از نانو سیال را بررسی کردند. هدایت حرارتی نانو سیال‌های آب مقطر و مس افزایش %۱۵ برای wt%0.5 مس در آب مقطر در ۳۰°C را نشان می‌دهد. توزیع دمای دیواره و مقاومت حرارتی بین قسمت اواپراتور و چگالنده لوله گرمائی با فتیله مش صفحه‌ای و شامل نانو سیال برای سه زاویه موقعیت متفاوت لوله گرمائی بررسی شده است. نتایج به‌دست‌آمده با نتایج لوله گرمائی با سیال کاری آب مقایسه شده است. دمای دیواره لوله گرمائی در طول قسمت آزمایش از قسمت اواپراتور تا چگالنده کاهش و با توان ورودی افزایش می‌یابد. دمای میانگین دیواره لوله گرمائی با نانو سیال، بسیار کمتر از دمای دیواره لوله گرمائی با آب مقطر است. مقاومت حرارتی لوله گرمائی با بهره گرفتن از هردوی نانو سیال‌ها و آب مقطر در بار گرمایی پائین، بالاست و به‌سرعت با افزایش گرما کاهش می‌یابد. مقاومت گرمائی لوله گرمائی در حالت عمودی با wt%0.5 مس- آب مقطر %۲۷ کاهش می‌یابد]۲۶٫[
در طول سال‌های گذشته پژوهش‌های بسیاری نیز بر روی لوله‌های گرمایی برای کاربردهای فضایی انجام شده است. در ادامه به برخی از پژوهش‌ها درزمینه استفاده از لوله گرمایی در سیستم کنترل دمای ماهواره چه در صفحات لانه‌زنبوری و چه به‌طور مستقل اشاره شده است.
کزنتسف و همکاران بر مدل ریاضی عملکرد لوله گرمایی در سیستم گرمایشی وسایل فضایی کار کردند. این مدل شامل فرایند انتقال گرما و جرم داخل لوله گرمایی باهم به همراه انتقال گرما در اجزای ساختاری و تجهیزات وسایل فضایی، تحت بارگذاری‌های پیچیده داخلی و خارجی می‌شود. نتایج حاصل از محاسبه توان انتقالی لوله گرمایی، با داده‌های تجربی مقایسه شده‌اند. بر پایه خروجی‌های مدل‌سازی عملکرد لوله گرمایی، نتایج برای تعیین تأثیر فرآیندهای انتقال گرما و جرم در لوله گرمایی بر شکل‌گیری طریقه انتقال گرمای ابزارهای معمول تجهیزات فضایی اطراف زمین به دست می‌آیند]۲۷٫[
رسامکین و همکاران میدان دمایی برای صفحات لانه‌زنبوری همراه با لوله گرمایی داخل آن را شبیه‌سازی کردند. این شبیه‌سازی با بهره گرفتن از نرم‌افزار و به‌صورت دوبعدی و بر پایه روش تفاضل محدود انجام شده است. در این کار عملکرد سیستم به دو قسمت تقسیم شد، قسمتی برای ویرایش پارامترهای لوله گرمایی و قسمت دیگر برای محاسبه میدان دمایی صفحه لانه‌زنبوری. درنهایت مدل جریان ناپایا برای محاسبه میدان دمایی صفحات لانه‌زنبوری همراه با لوله گرمایی موارد زیر را ممکن می‌سازد:
-
- محاسبه میدان دمایی برای لوله‌های گرمایی که به‌طور دلخواه در دو صفحه موازی داخل صفحات لانه‌زنبوری قرار گرفته‌اند. این یعنی لوله‌های گرمایی می‌توانند موازی یکدیگر و همچنین عمود بر یکدیگر قرار بگیرند.
-
- مطالعه رژیم‌های دمایی قسمت‌های مختلف که بر روی صفحه قرار گرفته‌اند.
-
- مصورسازی اطلاعات ورودی و نتایج محاسباتی ]۲٫[
ولاسف به مطالعه عملکرد لوله گرمایی تحت دمای پایین پرداختند. مدل ریاضی توسعه داده‌شده رفتار لوله گرمایی را تحت شرایطی که محل چگالنده و اواپراتور معین نشده‌اند و می‌توانند در طول کار لوله گرمایی عوض شوند، توصیف کند. معمولاً از آمونیاک به‌عنوان سیال کاری در لوله‌های گرمایی استفاده می‌شود اما در اینجا از استون به‌عنوان یک ماده کم‌خطرتر استفاده شده است. هدف این پژوهش سنجش عملکرد لوله گرمایی با استون تحت شرایط سرد و نزدیک به محدوده ویسکوز و صوت است. هرگاه این محدودیت‌ها نقض شود نشانه‌هایی از خشک شدن در لوله گرمایی پدیدار می‌شود. الگوریتم عددی استفاده‌شده در اینجا بر پایه روش حجم محدود است. تعادل انرژی در سطح تجهیزات صفحه همزمان با معادلات بقای جرم و ممنتوم در طول محور لوله گرمایی حل شده‌اند. همچنین در این کار عملکرد معمولی، راه‌اندازی و خشک شدن محلی لوله گرمایی هم بحث شده است. درنهایت تفاوت قابل‌توجهی بین استون و آمونیاک به‌عنوان سیال کاری در انتقال گرما دیده نشد. تحت شرایط سرد لوله گرمایی استون برخلاف چگالی بخار پایین به‌خوبی کار می‌کند. برای راه‌اندازی در شرایط سرد در دمای ۶۰- درجه سانتی‌گراد خشکی اولیه‌ای به مدت ۶ دقیقه اتفاق می‌افتد و سپس لوله گرمایی به شکل معمول شروع به کار می‌کند]۲۸٫[
کوهیلات و همکاران بر طراحی یک پنل ساندویچی که ترکیبی از محافظ ساختاری بار و ویژگی مدیریت حرارتی است مطالعه و آن را با نتایج سنجیده‌اند. این مفهوم بر ساختارهای ساندویچی لانه‌زنبوری مربعی بریده‌شده[۱۰] استوار است. در یک سلول بسته ساختار لانه‌زنبوری، انتقال گرما از یک خانه[۱۱] به خانه دیگر به‌صورت ترکیبی از هدایت از درون شبکه‌ها و جابه‌جائی / تشعشع در داخل سلول‌ها اتفاق می‌افتد. در اینجا انتقال گرمائی مؤثر با مجهز کردن هسته به‌عنوان لوله گرمائی و صفحات ساندویچی حاصل می‌شود. داخل آن شامل ۶۰۶۱ هسته لانه‌زنبوری مربعی بریده‌شده که توسط فتیله نیکلی پوشانده شده می‌شود. یک مانع لایه‌ای نیکل الکترولس که واکنش الکتریکی بین آب دیونیزه به‌عنوان سیال عامل و ساختار آلومینیمی را مهار می‌کند که تولید گاز هیدروژن غیرقابل چگالش را به تأخیر می‌اندازد. مدلی ترمودینامیکی، استفاده شده تا در طراحی لوله‌های گرمائی صفحات ساندویچی کمک کند. نتایج یک سری آزمایش‌ها توصیف شده است که اصول عملکردی لوله‌های گرمائی صفحات ساندویچی را ارزیابی کند و پاسخ آن را به یک منبع گرما بدهد. سیستم‌هایی که پاسخ حرارتی به منبع محلی را اندازه‌گیری کردند، به‌خوبی به مقدار پیش‌بینی‌شده توسط روش المان محور نزدیک بود]۲۹[.
سزار و ژونگ‌مین یک طراحی حرارتی و بهینه‌سازی رادیاتور لوله گرمایی را که در طراحی مهندسی عملی به کار می‌رود، ارائه کردند. برای این مطالعه یک پنل ماهواره ارتباطی به همراه تکنیک‌های کنترل گرمای کاربردی غیرفعال در نظر گرفته می‌شوند. تکنیک‌های گرمای غیرفعال که در این طراحی استفاده می‌شوند، بیشتر شامل پوشش‌های چندلایه عایق[۱۲]، بازتابنده‌های خورشیدی[۱۳]، پوشش‌های حرارتی انتخاب‌شده، فیلترهای رابط و لوله‌های گرمایی هدایت ثابت می‌شود. شبکه لوله‌های گرمایی از چند لوله گرمایی که در پنل قرار داده شده‌اند و برخی در سطح داخلی پنل قرار داده شده‌اند تشکیل شده است. لوله‌های گرمایی جاسازی‌شده در تجهیزاتی با اتلاف حرارتی زیاد قرار داده شده‌اند و اندازه آن‌ها ثابت است، کمترین وزن رادیاتور از کمترین وزن لوله‌های گرمایی جاسازی‌شده به دست می‌آید؛ بنابراین اندازه لوله‌های جاسازی‌شده باید بهینه شود. مدل حرارتی تهیه و برای بهینه‌سازی و تحلیل حرارت گذرا پارامترایز شد. نیازهای دمایی اجزا در هر دو شرایط بد (حالت سرد و گرم) تحت اندازه‌های بهینه برای لوله‌های گرمایی جاسازی‌شده ارضا شده است]۱[.
درنهایت بهینه‌سازی منجر به کاهش وزن ۳۴/۵۷ درصدی در وزن لوله گرمایی و کاهش ۵/۱۹ درصدی در وزن شبکه لوله‌های گرمایی شد]۱[.
در سال‌های گذشته مطالعات بسیاری نیز بر روی خواص مکانیکی و حرارتی صفحات لانه‌زنبوری انجام شده است؛ که در ادامه به تعدادی از آن‌ها اشاره شده است.
سوان و پیتمن به تحلیل هدایت گرمایی موثر صفحات ساندویچی با هسته لانه‌زنبوری و هسته موج‌دار پرداختند. معادلات برای انتقال گرما در صفحات ساندویچی به دست آمده است. روش دقیق برای در نظر گرفتن گرمای تشعشعی و کاهش مسئله به مسئله معادل که با روش‌های جسم سیاه حل می‌شود، توسعه داده شده است. توزیع دما و هدایت گرمایی موثر برای هر دو صفحه ساندویچی لانه‌زنبوری و موج‌دار حل شده است. معادلات به دست آمده هدایت گرمایی موثر را به صورت تابعی از پارامترهای هندسی و ویژگی‌های جنس صفحه ارائه می‌کند. گستره وسیعی از پارامترهای هندسی و ویژگی‌های جنس در نظر گرفته شده است. حالتی که ضریب صدور در صفحه تغییر می‌کند، در نظر گرفته شده است. مشخص شد که اگر ضریب صدور میانگین دو خانه استفاده شود، معادله هدایت موثر به جز حالت ضریب صدور کم نتایج قابل قبولی می‌دهد. تاثیر عدم قطعیت در مقدار ضریب صدور بر دقت هدایت گرمایی محاسبه شده بحث شده است]۳۰[.
کوپن هاور و همکاران به بررسی ویژگی‌های حرارتی ساختارهای ساندویچی با هسته لانه‌زنبوری برای تحلیل تنش حرارتی پرداختند. روش تخمینی که در اینجا برای تعیین ویژگی‌های گرمایی از آن استفاده شده است، شامل تابع کمینه‌سازی حداقل مربعات برای هر دو مقدار اندازه‌گیری شده و محاسبه شده است. مدلی یک‌بعدی و ترکیبی انتقال گرمای هدایت و تشعشع برای تحلیل این ساختار استفاده شده است. طراحی‌های تجربی برای جمع آوری داده‌های دمایی با بهره گرفتن از بیشینه‌سازی مشتقات دمایی با توجه به ویژگی‌های دمایی نامعلوم بهینه شده‌اند. آزمایش‌ها در دماهای بین ۲۹۵ تا ۴۹۵ کلوین انجام شده است. ویژگی‌های حرارتی تخمین زده‌شده در این دماها شامل ظرفیت صفحه رویه، سطح هدایت هسته و ضریب صدور در داخل هسته می‌شود. روش تابع جریمه برای تخمین پارامترها مانند ظرفیت گرمایی حجمی صفحه رویه، ضریب صدور در هسته داخلی و سطح هدایت در دیواره‌های هسته به کار رفته است و مشخص شد که این پارامترها می‌توانند همزمان تخمین زده شوند]۳۱[.
تی جی لئو به بررسی به بررسی بازده لانه زنبوری‌های فلزی پرداخت. بازده لانه زنبوری‌ها با سلول‌های مایکروی آلومینیومی در انتقال گرما در مبادله‌کن‌های گرمایی با بهره گرفتن از مدل‌های تحلیلی سنجیده شده است. برای سرمایش جابه‌جایی، نرخ انتقال گرمای کلی با حدود دومرتبه بزرگی هنگامی‌که یک کانال با یک هسته آلومینیومی طراحی می‌شود، افزایش می‌یابد. عملکرد با آنچه که با بهره گرفتن از فوم‌های آلومینیومی سلول باز به دست می‌آید، قابل‌مقایسه است، اما مکانیزم متفاوتی دارد. در اعداد رینولدز پایین (کمتر از ۲۰۰۰)، جریان در لانه‌زنبوری برخلاف فوم‌های فلزی که آشفته است، آرام است. مزیت دیگر طراحی چاه گرمایی همراه با لانه زنبوری‌ها، افت فشار کم و نویز کم تولیدشده توسط جریان آرام است. نرخ انتقال گرمای کلی چاه گرما هنگامی شکل سلول لانه‌زنبوری بهینه می‌شود، حداکثر است. اگرچه شکل سلول بهینه ثابت نیست اما به هندسه و شرایط انتقال گرمای چاه گرمایی به همراه نوع محیط سردکننده استفاده‌شده بستگی دارد. برای سرمایش هوا، چگالی نسبی بهینه لانه‌زنبوری ۰٫۱ است. اثرات مرتبط دیگر مانند جهت سلول و ضخامت دیواره نیز بحث شده‌اند]۳۲[.
سی آل یه و همکاران مطالعه‌ای تجربی بر مقاومت حرارتی صفحات لانه‌زنبوری آلومینیومی که بین دو بلوک آلومینیومی قرار گرفته‌اند، در جهت محوری و جانبی انجام شده است. لانه زنبوری‌هایی که در این مطالعه استفاده شده‌اند، شامل دو قطر سلول متفاوت (dc) 6.3 و ۱۲٫۷ میلی‌متر و همچنین دو ارتفاع محوری) (Hz متفاوت ۷٫۸ و ۱۴٫۸ میلی‌متر هستند. برای تست‌های محوری، نمونه‌های ساندویچی لانه‌زنبوری با چهار یا هشت عدد پیچ با گشتاور اعمالی ۱ Nm تا ۶ به هم متصل شده‌اند. برای تست‌های در جهت جانبی لانه‌زنبوری صرفاً بین دو بلوک آلومینیومی بدون پیچ قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهد که به دلیل طبیعت ناهمسانگرد در هدایت گرمایی و تماس نزدیک فراهم‌شده توسط اتصال پیچ‌ها، هدایت گرمایی کل لانه‌زنبوری در جهت محوری از هدایت در جهت جانبی در دو قطعه با ارتفاع‌های یکسان بزرگ‌تر است. افزایش در قطر سلول و یا افزایش ارتفاع موجب کاهش هدایت کلی محوری می‌شود. علاوه بر این هدایت کلی محوری اساساً توسط پیچ‌های استفاده‌شده بیشتر می‌شوند. به دلیل شرایط متفاوت اتصال در قطعه، مقاومت حرارتی تماس بین سطح آلومینیوم جامد و لانه‌زنبوری در جهت محوری یک‌مرتبه از مقاومت کلی کوچک‌تر است. بااین‌وجود، سهم مقاومت تماسی جانبی لانه‌زنبوری به مقاومت کلی نسبتاً قابل‌ملاحظه است، به‌ویژه برای قطعات با ارتفاع کم. همچنین مشخص شد که فشار تماسی لانه زنبوری‌های متصل شده توسط پیچ در فصل مشترک با افزایش گشتاور پیچ یا تعداد پیچ‌ها افزایش می‌یابد. روابط حاکم بین فشار تماس و گشتاور اعمالی همچنین برای شرایط مختلف اتصال‌ها به دست آمده است]۳۳[.
بزازی و همکاران ویژگی‌های مکانیکی و هدایت حرارتی صفحات لانه‌زنبوری مربعی شش‌ضلعی را با بهره گرفتن از مدل‌های تحلیلی و روش المان محدود بررسی کردند. لانه زنبوری‌های مربعی – شش‌ضلعی، یک پارامتر هندسی بیشتر را در مقایسه با لانه‌زنبوری شش‌ضلعی در یک سلول واحد ایجاد می‌کند. پارامتر اضافه‌شده موجب افزایش انعطاف در صفحه و ویژگی‌های دیگری مانند ضریب پواسون در صفحه که می‌تواند تحت شرایط هندسی منفی شود، می‌گردد. هدایت‌های گرمائی با بهره گرفتن از تشابه الکتریکی– حرارتی مدل شده است. مقایسه بین مدل‌های تحلیلی و شبیه‌سازی المان محدود، همگرایی خوبی در نتایج ایجاد می‌کند]۳۴[.
فن ژینیو و همکاران هدایت گرمایی مدل ریاضی یک‌بعدی را برای تحلیل توزیع دمای گذرا از ابزارهای گرم‌کننده به سمت قسمت‌های داخلی هسته توسعه دادند. برای ساده‌سازی هندسه سه‌بعدی و پیچیده لانه‌زنبوری، از روش همگن‌سازی برای به دست آوردن ویژگی‌های حرارتی میانگین لانه‌زنبوری در طول جهت اصلی انتقال حرارت استفاده شده است. مدل با نتایج اندازه‌گیری دمای تجربی در سه موقعیت متفاوت مقایسه شد. همچنین نتایج این مدل‌سازی برای هدایت در ساختارهای ساندویچی از جنس‌های دیگر قابل استفاده است]۳۵[.
فاطمی و لمن خواص مکانیکی و حرارتی مؤثر هسته لانه‌زنبوری را بررسی کردند. در این کار هسته لانه‌زنبوری از سلول‌های شش‌ضلعی تشکیل شده‌اند. روش جایگزین، بر پایه ضرایب گبهارت در سلول شش‌ضلعی، علاوه بر روش سوان-پیتمن ارائه شده است. مزیت روش جایگزین این است که ضرایب صدور متفاوت برای صفحه رویه و هسته را ترکیب می‌کند و بنابراین می‌توان از طریق این روش مقادیر هدایت مؤثر در صفحه برای هسته لانه‌زنبوری به دست آورد. خواص مکانیکی مؤثر هسته با بهره گرفتن از روش مکانیک مواد به دست می‌آید. سپس خواص مؤثر با بهره گرفتن از نظریه ورقه‌ای کلاسیک برای ساخت ساختار ورقه‌ای معادل برای جایگزینی هسته لانه‌زنبوری ساختار ساندویچی به کار می‌رود. رفتار حرارتی و ترمومکانیکی ساختار ورقه‌ای معادل با رفتار مدل جزئی هسته لانه‌زنبوری ساختار ساندویچی با بهره گرفتن از روش المان محدود مقایسه می‌شود. نتایج مطالعه نشان می‌دهد که ساختار ورقه‌ای معادل دقیقاً رفتار حرارتی و ترمومکانیکی هسته لانه‌زنبوری صفحه ساندویچی اصلی را با هزینه کم توصیف می‌کند]۳۶[.
کانتو رائو و همکاران به تحلیل حرارتی صفحه ساندویچی با هسته لانه‌زنبوری با جنس اینکونل ۶۱۷ پرداختند. یک ضلع صفحه تحت شار گرمایی قرار می‌گیرد. دو نوع سطح در نظر گرفته شده است: (۱) صفحات ساندویچی لانه‌زنبوری شش‌ضلعی (۲) صفحات ساندویچی لانه‌زنبوری مربعی. روش المان محدود برای یافتن توزیع تنش در صفحات رویه و هسته صفحه ساندویچی استفاده شده است. جزئیات تنش حرارتی در صفحه ساندویچی ارائه شده است. این مقاله توزیعی سه‌بعدی و قابل‌درک از توزیع تنش را در همه قسمت‌های صفحه ساندویچی لانه‌زنبوری ارائه می‌کند. در این کار تحلیل هندسی سلول‌های لانه‌زنبوری با چگالی مؤثر یکسان اما شکل‌های هندسی متفاوت را بررسی می‌کند]۳۷[.
لئو و همکاران به مقایسه مدل معادل و جزئی لانه‌زنبوری فلزی با هدایت حرارتی در صفحه پرداختند. در ابتدا مدل ورقه‌ای ساختار لانه‌زنبوری فلزی ارائه شده است. مدل حرارتی معادل هسته لانه‌زنبوری ناهمسانگرد است و هدایت گرمائی هردو جهت در صفحه و ضخامت با بهره گرفتن از مدل سوان پیت من به‌دست آمده است. ویژگی‌های مکانیکی مؤثر هسته لانه‌زنبوری با بهره گرفتن از روش مکانیک مواد تعیین شده است. ویژگی‌های مؤثر پیوسته به همراه نظریه ورقه‌ای کلاسیک برای ساخت صفحه ورقه معادل برای شبیه‌سازی سه‌بعدی هسته لانه‌زنبوری استفاده شده است. سپس رفتار حرارتی و ارتعاش آزاد صفحه ورقه معادل با مدل جزئی صفحه هسته لانه‌زنبوری با بهره گرفتن از روش المان محدود مقایسه شده است. نتایج عددی توافق خوبی بین مدل معادل و مدل جزئی در انتقال گرما و آنالیز مودال نشان می‌دهد]۳۸[.
سنایی و روسکین ویژگی‌های انتقال گرمای صفحات لانه‌زنبوری را مدل کردند. صفحات بررسی‌شده دارای هسته از جنس آلومینیوم و صفحه رویه شیشه‌ای یا پلی کربنی هستند. این مطالعه به ویژگی‌های مسیر انتقال گرمای پیچیده موجود در این صفحات که از طریق روش المان محدود به‌دست‌آمده پرداخته است. این مطالعه نشان داد علی‌رغم وجود لایه‌های آلومینیومی با هدایت بالا در اجزای ارتباط‌دهنده، این صفحات به‌مانند یک عایق نسبتاً مناسب رفتار می‌کنند]۳۹[.
ژنگ و همکاران به مطالعه تجربی و شبیه‌سازی عددی خواص انتقال حرارت ساختارها با هسته لانه‌زنبوری از ۲۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد پرداختند. اثرات عایق گرمایی در دماهای مختلف به‌صورت تجربی به دست آمد. در اینجا از مدلی ۳ بعدی با روش المان محدود برای محاسبه عددی خواص انتقال گرمای هسته لانه‌زنبوری استفاده شد و همه تشعشعات داخلی هسته لانه‌زنبوری، هدایت گرمایی ساختار فلزی و انتقال گرما هوا در طول حفره‌های هسته لانه‌زنبوری در شبیه‌سازی عددی در نظر گرفته شده‌اند. به‌طورکلی، نتایج تجربی به‌خوبی با شبیه‌سازی‌های عددی توافق دارد. هدایت گرمایی معادل هسته لانه‌زنبوری از برابر ۰٫۴۴۷ تا ۱٫۵۲ W/(mK) هنگامی‌که دمای سطح از ۲۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد تغییر می‌کند، می‌شود]۴۰[.
کانتا کی رائو و همکاران به تحلیل گرمایی ساختارهای ساندویچی لانه‌زنبوری پرداختند. در این کار اگرچه آزمایش نیز انجام‌شده اما تحلیل با بهره گرفتن از نرم‌افزار ANSYS برای هر دو سلول مربعی و شش‌ضلعی برای مقایسه این دو انجام شده است. آزمایش‌های انجام‌شده نیز بر روی ساختارهای ساندویچی از جنس آلیاژهای آلومینیوم انجام شده است. این کار بر روی تحلیل انتقال گرما و راه‌های کاهش تأثیر انتقال گرما تمرکز دارد که به‌طور مؤثری برای کاربردهای فضایی استفاده می‌شوند. درنهایت مشخص شد که بعد از ۹۰ ثانیه دما به حالت پایا پرسد و همچنین عملکرد عایق بودن صفحات نسبت به شکل سلول‌های لانه‌زنبوری تحت چگالی مؤثر یکسان هسته حساس نیست. ]۴۱[.
با توجه به مقالات ارائه‌شده می‌توان نتیجه گرفت که کارهای انجام‌شده بر روی لوله‌های گرمایی به همراه صفحات لانه‌زنبوری بسیار معدود و یا تأثیر لوله گرمایی به‌طور کامل در آن دیده نشده است. در این پایان‌نامه هدف شبیه‌سازی جریان و انتقال گرما در لوله‌های گرمایی با توجه به تأثیرات صفحات لانه‌زنبوری بر آن است. در فصل دوم معادلات ریاضی حاکم بر لوله‌های گرمایی شامل معادلات ممنتوم و انرژی به‌دست‌آمده و هدایت گرمایی در صفحات لانه‌زنبوری ارائه شده است. در فصل سوم به روش مدل‌سازی جریان در لوله گرمایی و انرژی در صفحات لانه‌زنبوری پرداخته شده و شرایط مرزی حل مسئله بررسی شده است. فصل چهارم اختصاص به روش استفاده از نرم‌افزار دارد. در این فصل تنظیماتی که باید در نرم‌افزار اعمال شود آورده شده است. در فصل پنجم نتایج حاصل از مدل‌سازی ارائه شده است و با نتایج تجربی مقایسه شده است، مقایسه مطابقت مناسبی را بین مدل‌سازی و نتایج تجربی نشان می‌دهد و درنهایت فصل ششم اختصاص به جمع‌بندی، نتیجه‌گیری کلی و ارائه پیشنهادهایی برای ادامه کار دارد.
تئوری و معادلات حاکم
مقدمه
در این فصل چگونگی عملکرد لوله‌های گرمایی و محدودیت‌های حاکم بر آن و همچنین چگونگی انتخاب سیال و جنس فلز لوله گرمایی توضیح داده شده است. در ادامه معادلات حاکم بر عملکرد لوله گرمایی برای دو بخش بخار و مایع-فتیله ارائه شده است. برای توصیف محیط متخلخل فتیله از قانون دارسی استفاده و به تئوری و محدودیت‌های این قانون نیز اشاره شده است. مرحله نهایی ارائه توصیفی از عملکرد صفحات لانه‌زنبوری است. ویژگی‌های عملکردی این صفحات در ابتدا توصیف و تبیین و رابطه حاکم بر آن برای هدایت گرمایی در هسته لانه‌زنبوری ذکر شده است.
-
-
-
- لوله گرمایی
-
-
لوله گرمایی وسیله انتقال گرمای غیرفعال با هدایت حرارتی مؤثر بالا است. لوله گرمایی وسیله‌ای است که گرما را به‌سرعت توسط جریان دو فاز منتقل می‌کند. محدوده دمای کاری یک لوله گرمایی توسط نوع سیال کاری مورداستفاده و طراحی بهینه پوشش آن بستگی دارد. لوله‌های گرمایی گاهی به‌عنوان ابررساناهای گرما نامیده می‌شوند، زیرا ظرفیت انتقال گرمای بسیار زیادی دارند و تقریباً اتلافی ندارند. در شکل ساده ساختار لوله گرمایی، این وسیله گرما را از یک نقطه‌به‌نقطه دیگر توسط تبخیر و چگالش انتقال می‌دهد و سیال انتقال‌دهنده گرما دوباره توسط نیروهای موئین به گردش درمی‌آیند]۴۲[.
این حلقه بسته لوله گرمایی شامل دو قسمت آب‌بندی‌شده شامل اواپراتور و چگالنده است. در یک مورد بسیار ساده از چنین وسیله‌ای که دیواره‌های داخلی توسط ساختار مویین خط‌دار شده است که فتیله نام دارد. سیال کاری دارای فشار بخار قابل‌توجهی در دمای اشباع موردنظر سوراخ‌های فتیله است. بخار سپس به‌کل لوله گرمایی نفوذ می‌کند. چگالش بخار در دیواره لوله هنگامی اتفاق می‌افتد که دما به مقدار کمی کمتر از ناحیه چگالش باشد. وقتی‌که سیال چگالیده شد، مایع گرما را رها می‌کند و توسط فشار مویین به اواپراتور یا منبع گرمایی بازمی‌گردد. درنتیجه تمایل به عملکرد دما ثابت و هدایت حرارتی مؤثر زیاد افزایش می‌یابد. وقتی‌که چاه گرمایی به قسمتی از لوله گرمایی متصل می‌شود، چگالش در این نقطه اتفاق می‌افتد و الگوی جریان بخار ایجاد می‌شود]۴۲[.
سیستم به‌کاررفته در کاربرد فضایی، انرژی گرمایی را در نرخ‌هایی چند صد برابر بیشتر از اکثر رساناهای جامد با نسبت انرژی به وزن زیاد انتقال می‌دهد]۴۲[.
ازنظر هدایت حرارتی، یک لوله گرمایی برای هدایت گرمایی بالا طراحی می‌شود. گرما از منبع گرمایی (قسمت اواپراتور لوله گرمایی) به چاه گرمایی (قسمت چگالنده لوله گرمایی) توسط سیال قابل چگالش انتقال می‌یابد. مایع تبخیر می‌شود، گرما را از ناحیه اواپراتور می‌گیرد. سپس بخار به قسمت چگالنده جریان می‌یابد که چگالیده می‌شود و گرمای نهان آن آزاد می‌شود. سیال توسط خاصیت موئینگی دوباره به اواپراتور بازمی‌گردد که می‌تواند در آنجا دوباره تبخیر شود و چرخه ادامه پیدا کند. گرادیان دما در طول لوله با طراحی برای افت فشار بخار بسیار کوچک وقتی‌که بخار از قسمت اواپراتور به چگالنده جاری می‌شود، کم می‌شود؛ بنابراین، دمای اشباع (دمایی که در آن تبخیر و چگالش صورت می‌گیرد) در هر دو قسمت بسیار به هم نزدیک هستند]۴۲[.
لوله گرمایی مشابه ترموسیفون است با این تفاوت که توانایی انتقال گرما برخلاف جهت گرانش با کمک ساختارهای موئین متخلخل که فتیله را شکل می‌دهد دارد. فتیله نیروی محرک موئین را برای بازگشت مایع چگالیده به اواپراتور دارد. کیفیت و نوع فتیله معمولاً تعیین‌کننده عملکرد لوله گرمایی است، برای همین فتیله قلب طراحی است. انواع مختلفی فتیله بسته به کاربرد لوله‌های گرمایی استفاده می‌شوند.
فرم در حال بارگذاری ...
|
[شنبه 1400-08-08] [ 07:55:00 ب.ظ ]
|
