مدل‌سازي عددي تأثير ساختار متخلخل تركيبي بر عملكرد حرارتي لوله گرمايي تخت نازك

Numerical Investigation of Hybrid Wick Structure Effect on Thermal Performance of a Thin Flat Heat Pipe

با توجه به محدوديت حجمي و جرمي دستگاه‌هاي الكترونيكي كوچك، لوله‌هاي گرمايي تخت نازك يك راه‌حل ايده‌آل براي كنترل كارآمد انتقال و اتلاف حرارت هستند. عملكرد لوله‌هاي گرمايي نازك به شدت به مشخصات ناحيه متخلخل وابسته است. در اين پژوهش، عملكرد حرارتي لوله‌‌‌هاي گرمايي تخت نازك با فتيله‌هاي تركيبي و شياردار براي شارهاي گرمايي ورودي 2/5 تا 30 وات به صورت عددي مورد مطالعه و با يكديگر مقايسه شدند. همچنين پارامترهاي مؤثر مختلف بر عملكرد حرارتي آن‌ها مانند دماي ديوار، بيشينه سرعت محوري، انتقال جرم در سطح مشترك مايع-بخار، فشار سيستم و مقاومت حرارتي تجزيه و تحليل شدند. شبيه‌سازي عددي به صورت دوبعدي، ناپايا، تراكم‌ناپذير و آرام انجام شده است. نتايج به‌دست آمده نشان داد كه دماي بخش تبخيركننده لوله گرمايي با فتيله تركيبي به طور قابل توجهي كمتر از مقدار مربوط به لوله گرمايي با فتيله شياردار است. همچنين مشاهده شد كه با افزايش شار گرمايي ورودي، مقاومت حرارتي لوله گرمايي با فتيله تركيبي كاهش يافته و نسبت به فتيله شياردار عملكردي بسيار مناسبي دارد. براي شارهاي گرمايي 10، 20 و 30 وات عملكرد لوله گرمايي با فتيله تركيبي نسبت به فتيله شياردار به ترتيب3/59، 20/38 و 28/57 درصد بهبود مي‌يابد. بنابراين ساختار فتيله تركيبي مي‌تواند عملكرد لوله گرمايي را بهبود بخشد و ميزان اين بهبود در شارهاي گرمايي بالا، قابل توجه است.

Due to the volume and mass limits of the small electronic devices, thin flat heat pipes are an ideal solution for the efficient transfer and dissipation of heat. The performance of thin heat pipes is heavily dependent on wick structure characteristics. In this research, the thermal performance of thin flat heat pipes with hybrid and grooved wick for different heat inputs were studied numerically, and their heat transfer characteristics were compared. The trends of various parameters such as wall temperature, maximum axial velocity, mass transfer at the liquid-vapor interface, system pressure, and thermal resistance on the thermal performance of the thin flat heat pipe with hybrid and groove wicks were analyzed. The numerical simulation has been done using a two‐dimensional unsteady incompressible laminar flow. Results indicated that the evaporation section temperature of hybrid wick thin flat heat pipe is significantly lower than the corresponding value of grooves heat pipe. It was also observed that with increasing heat input, the thermal resistance of hybrid wick thin flat heat pipe decreased and it has excellent performance compared to the grooved wick. For heat fluxes of 10, 20, and 30 W, the performance of the thin flat heat pipe with hybrid wick compared to grooved wick is improved by 3.59%, 20.38%, and 28.57%, respectively. Therefore, the thermal performance improvement of the thin flat heat pipe with the hybrid wick was more significant. This improvement is more considerable for higher heat fluxes.