مایع-بخار

مشترک مایع-بخار
m ̇_(i,a) (kg/s π) نرخ جریان جرمی در واحد رادیان در قسمت آدیاباتیک در فصل مشترک مایع-بخار
m ̇_(i,c) (kg/s π) نرخ جریان جرمی در واحد رادیان در قسمت چگالنده در فصل مشترک مایع-بخار
N تعداد مش فتیله
P,p (N/m2) فشار استاتیکی
P_v (N/m2) فشار بخار اشباع
P_s (N/m2) فشار بخار اشباع
Q ̈_a (w/m2) شار گرمایی در سطح خارجی قسمت آدیاباتیک
Q ̈_e (w/m2) شار گرمایی در سطح خارجی قسمت تبخیرکننده
Q ̈_c (w/m2) شار گرمایی در سطح خارجی قسمت چگالنده
Q ̇_i (w) گرمای ورودی بر واحد زمان در فصل مشترک مایع-بخار
Q ̇_(i,e) (w) گرمای ورودی بر واحد زمان در فصل مشترک مایع-بخار در قسمت تبخیرکننده
Q ̇_(i,c) (w) گرمای ورودی بر واحد زمان در فصل مشترک مایع-بخار در قسمت چگالنده
q_rad (w/m2) شار گرمایی تشعشعی
R (8.314J/mol K) ثابت گازها
R_i (m) شعاع فصل مشترک مایع-بخار
r (m) مختصه شعاعی
r_pشعاع لوله موئین
S_a (w/m3) عبارت منبع در قسمت آدیاباتیک
S_c (w/m3) عبارت منبع در قسمت چگالنده
S_e (w/m3) عبارت منبع در قسمت تبخیرکننده
S_h (w/m3) عبارت منبع برای آنتالپی کل
T (K) دما
T_ext (K) دمای چاه گرمایی
T_l (K) دمای مایع
T_s (K) دمای جامد
T_v (K) دمای بخار
t_w (m) ضخامت فتیله
u (m/s) zسرعت در جهت محور
V ⃗ بردار سرعت
V_i (m/s) سرعت در فصل مشترک مایع-بخار
v (m/s)سرعت شعاعی
V_(i,a) (m/s) سرعت فصل مشترک در فصل مشترک مایع بخار در ناحیه آدیاباتیک
V_(i,e) (m/s) سرعت فصل مشترک در فصل مشترک مایع بخار در ناحیه تبخیرکننده
V_(i,c) (m/s) سرعت فصل مشترک در فصل مشترک مایع بخار در ناحیه چگالنده
V_l (m/s) سرعت مایع
V_v (m/s) سرعت بخار
w (m/s) سرعت محوری
Weعدد وبر
z (m) مختصه محوری
μلزجت
ρچگالی
σکشش سطحی
Δدلتا
θزاویه بالا آمدن مایع با دیواره در طول لوله موئین
Φتخلخل صفحه لانه زنبوری
∇اپراتور دیورژانس
εتخلخل فتیله
ρ_c (kg/m3) چگالی هسته لانه‌زنبوری
ρ_l (kg/m3) چگالی مایع
ρ_m (kg/m3) چگالی فلز صفحه لانه‌زنبوری
ρ_v (kg/m3) چگالی بخار
μ_l (Pa s) لزجت دینامیکی مایع
μ_v (Pa s) لزجت دینامیکی بخار
∂ تفاضل جزئی
∂p/∂t گرادیان فشار استاتیک در زمان
π پی
τ تنش برشی
a آدیاباتیک
cچگالنده

eتبخیرکننده
effموثر
hآنتالپی کل
iفصل مشترک مایع-بخار
i,aفصل مشترک مایع-بخار برای قسمت آدیاباتیک
i,cفصل مشترک مایع-بخار برای قسمت چگالنده
i,eفصل مشترک مایع-بخار برای قسمت تبخیرکننده
s اشباع، جامد
lفاز مایع
v فاز بخار wسیم، فتیله

مقدمه
مقدمه
لوله گرمایی به دلیل توانایی ویژه در انتقال گرما بدون اتلاف قابل‌توجه، یکی از یافته‌های مهم مهندسی انتقال گرما در قرن بیستم است. کاربرد اصلی لوله‌های گرمایی در ارتباط با مسائل حفاظت زیست‌محیطی و صرفه‌جویی سوخت و انرژی است.
لوله‌های گرمایی دستگاه‌های انتقال گرمای دو فاز هستند که فرآیند تبدیل مایع به بخار و برعکس بین اواپراتور و چگالنده با هدایت گرمایی بالا انجام می‌شود. به دلیل ظرفیت بالای انتقال حرارت، مبادله‌کن‌های گرمایی با لوله گرمایی بسیار کوچک‌تر از مبادله‌کن‌های سنتی هستند. به کمک سیال کاری موجود در لوله گرمایی، گرما می‌تواند در اواپراتور جذب و به ناحیه چگالنده حمل شود که در آنجا با آزاد شدن گرما به محیط سرد، بخار چگالیده می‌شود. فن‌آوری لوله گرمایی کاربردهای فزاینده‌ای در افزایش عملکرد حرارتی مبادله‌کن‌های گرما در میکروالکترونیک، ذخیره انرژی گرمایی، تهویه و دستگاه‌های تهویه اتاق عمل، اتاق‌های تمیز و بخش‌های صنعتی دیگر شامل تکنولوژی انواع مختلف راکتورهای هسته‌ای و صنایع فضایی دارد. لوله‌های گرمایی ساختاری جامع دارند که دست‌یابی به هدایت گرمایی بسیار بالا با کمک جریان دو فاز با گردشی مویین را ممکن می‌سازد. یک لوله گرمایی با کمک رژیم جریان دو فاز به‌عنوان سیستم تبخیری-چگالش کار می‌کند که برای انتقال گرمایی که همان گرمای نهان تبخیر است، در فاصله‌های طولانی با اختلاف دمای کوچک به کار می‌رود. گرمایی که به اواپراتور اضافه می‌شود، به سیال کاری از طریق هدایت انتقال می‌یابد و موجب تبخیر سیال کاری در سطح ساختار مویین می‌شود. تبخیر موجب افزایش فشار محلی بخار در اواپراتور و جریان بخار به سمت چگالنده می‌شود که به‌وسیله گرمای نهان تبخیر حمل می‌گردد. ازآنجاکه انرژی در چگالنده استخراج می‌شود، بخاری که در سطح ساختار مویین چگالیده می‌شود، گرمای نهان را آزاد می‌کند. مزیت لوله‌های گرمایی به نسبت روش‌های معمول دیگر، هدایت گرمایی بالا در حالت پایا است؛ بنابراین، لوله گرمایی می‌تواند مقدار زیادی گرما را با اختلاف دمای کم در طول‌هایی نسبتاً زیاد حمل کند. لوله‌های گرمایی با سیال کاری فلزی می‌توانند هدایت حرارتی چند هزار برابر یا حتی جند ده هزار برابر گرما مانند نقره و مس داشته باشد. لوله‌های گرمایی می‌توانند در گستره وسیعی از دماها با انتخاب سیال کاری مناسب استفاده شود. در شکل (۱-۱) یک نمونه از لوله‌های گرمایی نشان داده‌شده است. لوله‌های گرمایی علاوه بر نوع ساده انواع مختلفی دارند مانند لوله گرمایی حلقوی۱ و مسطح، در شکل (۱-۲) یک نمونه از لوله گرمایی حلقوی را نشان می‌دهد.

شکل ‏۱۱ قسمت‌های مختلف یک لوله گرمایی ]۴۳[

شکل ‏۱۲ لوله گرمایی حلقوی ]۱۹[
شرح موضوع
یکی از کاربردهای لوله گرمایی در صنایع فضایی است. هدف زیرسیستم کنترل حرارت در کاربردهای فضایی این است که دما را در مدت کار ماهواره در محیط فضا در محدوده خاصی نگه دارد. به‌طورکلی، تکنیک‌های کنترل حرارت به دودسته تقسیم می‌شوند: غیرفعال۲ و فعال۳. نوع غیرفعال تا جای ممکن ترجیح داده می‌شود، به دلیل آسانی، قابل‌اعتماد بودن، هزینه و عدم مصرف توان ]۱[.
لوله‌های گرمایی از تکنیک‌های کنترل گرمای غیرفعال هستند که معمولاً در کاربردهای فضایی استفاده می‌شوند و دارای عمر زیاد و هدایت گرمایی بالا هستند. کاربردهای اصلی لوله‌های گرمایی در ماهواره‌ها عبارت‌اند از: ۱- انتقال گرما از محل‌های با اتلاف حرارت زیاد به رادیاتور در فواصل طولانی یا ۲- پخش گرما در سطح پنل به‌منظور کم کردن گرادیان حرارتی و بهتر کردن توزیع دما]۱[.
لوله‌های گرمایی انتقا