fa en fa ar fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa ur fa fa fa fa fa fa fa en fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa azb fa fa fa en fa es fr id en en en en en en azb en fa en en en en en ar en en en en en en en en en en en fr en en en en en fa fa fa fa el fa fa fa it id en en id bo en en fa ar fa de id fa de bo fa de en fa de en fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa ar fa fa fa fa fa fa fa de
استفاده از لوله‌های حرارتی به عنوان راهکاری برای کنترل دمایی غیر فعال در تجهیزات الکترونیکی، مخصوصاً در ماهواره‌ها محسوب می‌شوند. قابلیت ‌اعتماد بالا، هزینه پایین و عدم مصرف توان، عمر زیاد و هدایت گرمایی بالا از ویژگیهای جذاب استفاده از این وسایل هستند. در این مقاله، هدف مطالعه عددی پارامترهای موثر بر عملکرد یک لوله حرارتی است که در زیر سیستم کنترل دمایی در کاربردهای فضایی، دما را در حین عملکرد ماهواره در محدوده مد نظر کنترل میکند. در این پژوهش ابتدا اعتبارسنجی نتایج عددی شبیه سازی یک لوله حرارتی سه بعدی استوانهای با نتایج آزمایشگاهی موجود در مراجع انجام شده است. پس از اطمینان از حل عددی، اثر سیال کاری، ضریب تخلخل و طول کندانسور بر رفتار حرارتی لوله بررسی شده است. مدلسازی عددی به صورت گذرا، سه بعدی و با استفاده از روش حجم سیال انجام شده است. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که رفتار دمایی لوله حرارتی پس از 120 ثانیه پایا میشود. همچنین، با کاهش ضریب تخلخل ناحیه فتیله، مقاومت حرارتی در لوله حرارتی افزایش و میزان انتقال حرارت کاهش مییابد. با بررسی سه سیال کاری استون، آب و متانول،کمترین مقاومت حرارتی مربوط به سیال کاری متانول، استون و آب بوده است. همچنین کسر حجمی بخار آب و آب مایع با کاهش طول کندانسور به ترتیب بیشتر و کمتر بوده است.
Numerical simulation of heat pipe and study of geometric parameters and working fluid on its thermal performance for aerospace applications
One of the critical challenges in the satellite is thermal management of the electronic unit and preventing the formation of hotspots, which requires proper heat transfer for structures used in spacecraft. One way to increase heat conduction is to use heat pipes in these structures. Heat pipes are passive heat control methods that can be used in aerospace applications due to their reliability, cost and power consumption, lifetime, and high thermal conductivity. The main goal of this study is to apply a heat pipe in thermal management of the satellite. We use a 3D cylindrical numerical model of the wicked heat pipe for comprising with experimental data. Heat pipe simulation is performed using the multi-phase volume of the fluid model (VOF) method, and user-defined function in the numerical model in Fluent software. We use transient mode for solving equations. The simulations results show that after 120 s the heat pipe operation is stabled. The results confirm reducing the porosity, the thermal resistance in the heat pipe increases, and the heat transfer performance decreases. The results also show that the methanol has the lowest thermal resistance among other coolants.
[1] C. L. Tien, A. R. Rohani, Analysis of the effect of vapor-pressure drop on heat pipe performance, International Journal of Heat Mass Transfer, Vol. 17, pp. 61-67, 1974.
[2] A. Faghri, S. Parvani, Numerical analysis of laminar flow in a double-walled annular heat pipe, Journal of Thermophys Heat Transfer, Vol. 2, No. 2, pp. 165-174, 1988.
[3] M. M. Chen, A. Faghri, An analysis of the vapor flow and the heat conduction through the liquid-wick and pipe wall in a heat pipe with single or multiple heat sources, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 33. No. 9, pp. 1945-1955, 1990.
[4] J. Hoon Jang, A. Faghri, W. Soon Chang, Analysis of the one-dimensional transient compressible vapor flow in heat pipes, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 34, No. 8, pp. 2029-2037, 1991.
[5] K. A. R. Ismail, M. A. Zanardit, A steady-state model for heat pipes of cross-sections, Applied Thermal Engineering, Vol. 16, No. 8, pp. 753-763, 1996.
[6] S. Mahjoub, A. Mahtabroshan, Numerical simulation of a conventional heat pipe, International Journal of Mechanical, Industrial and Aerospace Sciences, Vol. 2, No. 3, pp. 117-122, 2008.
[7] G. V. Kuznetsov, A. E. Sitnikov, Numerical modeling of heat and mass transfer in a low-temperature heat pipe, Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Vol. 75, pp. 840-848, 2002.
[8] B. Suman, P. Kumar, An analytical model for fluid flow and heat transfer in a micro-heat pipe of polygonal shape, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 48, No. 21, pp. 4498-4509, 2005.
[9] Q. Su, S. Chang, M. Song, Y. Zhao, C. Dang, An experimental study on the heat transfer performance of a loop heat pipe system with ethanol-water mixture as working fluid for aircraft anti-icing, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 139, pp. 280-292, 2019.
[10] T. Young, B. Hyun, J. Lee, J. Rhee, Numerical study of the spacecraft thermal control hardware combining solid-liquid phase change material and a heat pipe, Aerospace Science and Technology, Vol. 27, No. 1, pp. 10-16, 2013.
[11] B. Fadhl, L. C. Wrobel, H. Jouhara, Numerical modelling of the temperature distribution in a two-phase closed thermosyphon, Applied Thermal Enginering, Vol. 60, No. 1-2, pp. 122–131, 2013.
[12] Ansys, Ansys flent tutorial guide, Ansys. pp. 475, 2009.
[13] M. S. Ali, Modeling of heat transfer and flow patterns in a porous wick of a mechanically pumped loop heat pipe : Parametric study using ansys fluent, 2017.
[14] N. Pooyoo, S. Kumar, J. Charoensuk, A. Suksangpanomrung, Numerical simulation of cylindrical heat pipe considering non-darcian transport for liquid flow inside wick and mass flow rate at liquid-vapor interface, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 70, pp. 965-978, 2014.
[15] J. Li, G. P. Peterson, 3D heat transfer analysis in a loop heat pipe evaporator with a fully saturated wick, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 54, pp. 564-574, 2011.
[16] C. Yue, Q. Zhang, Z. Zhai, L. Ling, CFD simulation on the heat transfer and flow characteristics of a microchannel separate heat pipe under different filling ratios, Applied Thermal Enginering, Vol. 139, pp. 25-34, 2018.
[17] A. Faghri, M. Buchko, Experimental and umerical analysis of low-temperture heat pipes with multiple heatsouces, Journal Heat Transfer, Vol. 113, pp. 728-734, 1991.
دوره 9، شماره 1 - شماره پیاپی 1
اصل مقاله 3.36 MB
ارجاع به این مقاله
تعداد مشاهده مقاله: 260
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 187
شاکرمی, نگار, افشاری, ابراهیم, بنی اسدی, احسان, اصغری, سعید, & اطیابی, سید علی. (1399). شبیه سازی عددی و تحلیل پارامتری یک لوله حرارتی جهت کاربرد در سامانه های هوافضایی. دانش و فناوری هوافضا, 9(1), 247-260.
نگار شاکرمی; ابراهیم افشاری; احسان بنی اسدی; سعید اصغری; سید علی اطیابی. "شبیه سازی عددی و تحلیل پارامتری یک لوله حرارتی جهت کاربرد در سامانه های هوافضایی". دانش و فناوری هوافضا, 9, 1, 1399, 247-260.
شاکرمی, نگار, افشاری, ابراهیم, بنی اسدی, احسان, اصغری, سعید, اطیابی, سید علی. (1399). 'شبیه سازی عددی و تحلیل پارامتری یک لوله حرارتی جهت کاربرد در سامانه های هوافضایی', دانش و فناوری هوافضا, 9(1), pp. 247-260.
شاکرمی, نگار, افشاری, ابراهیم, بنی اسدی, احسان, اصغری, سعید, اطیابی, سید علی. شبیه سازی عددی و تحلیل پارامتری یک لوله حرارتی جهت کاربرد در سامانه های هوافضایی. دانش و فناوری هوافضا, 1399; 9(1): 247-260.