مدلسازي يك بعدي انتقال حرارت دوفازي در ساختار متخلخل دوگانه

One dimensional modeling of two phase heat transfer in a bi-porous structure

ساختارهاي متخلخل با افزايش مساحت تبادل گرما بين سطح و سيال و ايجاد نيروي مويينگي با تراوايي زياد، نقش موثري در بهبود عملكرد تجهيزات انتقال حرارت دوفازي مانند لوله‌هاي گرمايي دارند. در ساختارهاي جديد متخلخل (ساختارهاي دوگانه)، دو توزيع مختلف اندازه حفره بكار گرفته مي‌شود. حفرههاي كوچك باعث افزايش نيروي مويينگي و رساندن مايع به سطح شده و حفره هاي بزرگ با افزايش تراوايي فاز بخار به فرار بخار كمك مينمايند. هدف اصلي اين پژوهش، حصول درك كاملتري از عملكرد قسمت اواپراتور لوله‌هاي حرارتي و مقايسه عملكرد دو نمونه ساختار متخلخل دوگانه ميباشد. در اين راستا ابتدا از مدل كوالف براي تعيين احتمال حضور هر فاز در حفره هاي با توزيع اندازه مشخص استفاده شده است. خواص ترموفيزيكي سيال و محيط نظير خواص ترموديناميكي سيال، اشباع و تراوايي فازها و ضريب هدايت حرارت ماتريس فلزي نيز از روي هندسه و روابط تجربي به دست مي‌آيند. سپس معادلات بقا براي هر دو فاز درون دامنه حل شده و نتايج انتقال حرارت يك بعدي در يك محيط متخلخل دوگانه، به صورت نمودار شار حرارتي بر حسب اختلاف دماي جامد و سيال ارايه شده ‏است. نتايج به دست آمده نشان ميدهند كه كاهش اندازه حفره‌هاي كوچك و افزايش اندازه حفره‌هاي بزرگ موجب بهبود عملكرد فتيله ميشود.

Due to increasing the heat transfer surface area and providing high capillary pressure with high permeability, porous structures play a key role in improving the performance of two phase heat transfer devices such as heat pipes. New porous structures (bi-porous structures) have two distinct size distribution of pores, of which the small pores provide the capillary pressure required for delivering liquid to the surface and large pores help vapor escape from the surface through increasing its permeability. The main goal is to gain a deeper understanding of the evaporator section of heat pipes and compare the performances of sample biporous structures. Towards this goal, first the Kovalev modeling technique is applied to determine the possibility of each phase’s existence in pores of different sizes throughout the computational domain. One dimensional heat transfer in a bi-porous wick is investigated. Inside the domain the conservation equations are solved for each phase and the results such as heat flux versus wall superheat are presented. Thermo-physical properties of the fluid and the matrix like the fluid properties, phase saturation and permeability and the conduction heat transfer coefficient are calculated from the geometry of the matrix and experimental relationships.