Bir ısı borusunun akış ve ısı transfer karakteristiklerinin sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada ısıl kontrol uygulamalarında önemli bir yere sahip olan bir ısı borusunun ısıl ve akış karakteristikleri incelenmiştir. Isı borusunun yoğuşturucu bölümünde kesit genişlemesi ve daralması yapılarak farklı geometriler tasarlanmıştır. Düz ısı borusu çapının genişleme ve daralma kısımdaki çapına oranları (Kr) sırasıyla 0,5, 1 ve 1,5 olacak şekilde değiştirilerek üç farklı model geometri oluşturulmuştur. Bu model geometriler için, ısı girdileri 10W ile 80W arasında, doluluk oranı ise %40 ile %60 arasında değiştirilerek Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği aracılığı ile sayısal analizler yapılmıştır. Bu kapsamda, iki fazlı akış yaklaşımı ile zamana bağlı çözümler yapılmış, ısı borusu içindeki akışın sıcaklık ve hız dağılımları belirlenmiştir. Sonuç olarak bu çalışmada incelenen parametre aralığında, model geometrinin yoğuşturucu kısmının geometrisinin değiştirilmesi ile ısıl performansı olumlu yönde etkilediği gözlemlenmiştir. Ayrıca üç farklı doluluk oranları arasında %50 doluluk oranının optimum ısıl performans sergilediği belirlenmiştir. Belirlenen optimum çalışma şartları altında normal ısı borusu haricinde tekrar genişlemeli ve daralmalı ısı borusu olmak üzere toplamda üç farklı model geometri detaylı olarak incelenmiş ve genişlemeli ısı borusu modelinin normal modele ek olarak %45 daha ısıl performanslı olduğu gözlemlenmiştir.

In this study, the thermal and flow characteristics of a heat pipe, which has an important place in thermal control applications, have been investigated. In the condenser section of the heat pipe, cross-sectional expansion and contraction are made and different geometries are designed. Three different model geometries were created by changing the ratio (Kr) of the straight heat pipe diameter to its diameter in the expansion and contraction section to be 0.5, 1 and 1.5, respectively. For these model geometries, numerical analyzes were made by means of Computational Fluid Dynamics by varying the heat inputs between 10W and 80W and the occupancy rate between 40% and 60%. In this context, time-dependent solutions were made with the two-phase flow approach, and the temperature and velocity distributions of the flow in the heat pipe were determined. As a result, in the parameter range examined in this study, it was observed that the model geometry affected the thermal performance positively by changing the geometry of the condenser part. In addition, it was determined that 50% occupancy rate among three different occupancy rates exhibited optimum thermal performance. In addition to the normal heat pipe, three different geometry models, including re-expansion and contraction heat pipe, were examined in detail under the determined optimum operating conditions and it was observed that the expansion heat pipe model had 45% more thermal performance in addition to the normal model.