مقالات
در حال خواندن
آشنایی با لوله های حرارتی(heat pipes)
0

آشنایی با لوله های حرارتی(heat pipes)

توسط mostafa bohluli۳ دی, ۱۳۹۶

برای اولین بار، Gaugler در سال ۱۹۴۴ یک وسیله انتقال حرارت کم وزن را ابداع کرد، که در اصل لوله حرارتی امروزی بود. محققان تا به امروز در زمینه لوله های حرارتی به پیشرفت های زیادی دست یافتند.

الف – اجزا و عملکرد
 لوله حرارتی یک وسیله انتقال حرارت دو فازی، با قابلیت هدایت حرارتی بسیار بالا و موثر می باشد که می تواند به دو صورت استوانه ای و مسطح ساخته شود. ساختار یک لوله حرارتی از نظر عملی به سه منطقه تقسیم می شود :الف ) منطقه تبخیر یا ناحیه اواپراتور که در یک انتهای لوله قرار دارد و در این منطقه گرما به محفظه وارد می شود .ب ) منطقه چگالش یا ناحیه کندانسور که در انتهای دیگر لوله است و گرما در این ناحیه دفع می گردد . ج ) ناحیه آدیاباتیک که بین دوناحیه اواپراتور و کندانسور را شامل می شود .
نواحی سه گانه فوق در شکل زیر، برای یک لوله حرارتی نشان داده شده است :

عملکرد لوله حرارتی به این صورت است که ، حرارت در منطقه اواپراتور به لوله حرارتی وارد شده و بدین وسیله سیال عامل داخل قسمت فتیله ای ، در اثر دریافت گرمای نهان تبخیر، به بخار اشباع تبدیل می شود . بخار اشباع حاصل ، در اثر اختلاف فشار به انتهای دیگر لوله حرارتی یا ناحیه کندانسور منتقل می شود . این منطقه در ناحیه خنک تری قرار داشته و از این رو بخار اشباع ، گرمای نهان تبخیر خود را از دست داده و تقطیر می شود . مایع اشباع حاصل ، از طریق ساختار فتیله ای توسط نیروی مویینگی به قسمت اواپراتور بازگردانده می شود و سیکل مجددا تکرار می شود تا گرما به طور پیوسته از ناحیه گرم به ناحیه سرد منتقل شود .

در لوله حرارتی ، نیروی پیشران عبارتست از اختلاف موضعی فشار بخار بین اواپراتور  (انتهای گرم لوله ) و کندانسور (انتهای سرد لوله). موقعی که به مایع درون اواپراتور گرما داده می شود فشار بخار اصلی افزایش می یابد و سیال اواپراتور در طول وسیله به طرف ناحیه کندانسور که دارای فشار کم بخار است ، حرکت می کنند.
 
اجزاء تشکیل دهنده یک لوله حرارتی
اساساً یک لوله حرارتی از سه جزء مهم تشکیل شده است:
۱-محفظه یا بدنه لوله حرارتی که می تواند شیشه، سرامیک و یا فلزات ساخته شود. وظیفه محفظه نگهداری سیال عامل و به نوعی جدا کردن آن از محیط بیرون است و باید در برابر خوردگی و اختلاف فشاردر طول دیواره،  مقاوم باشد و علاوه بر آن توانایی انتقال حرارت از خود به سیال را با ضریب بالایی داشته باشد.
۲-سیال عامل : درون لوله حرارتی سیال عامل قرار دارد که قسمت اصلی دریافت ، انتقال و دفع حرارتی یعنی عملیات تبخیر و تقطیر بر روی آن صورت می پذیرد. سیال عامل می تواند نیتروژن یا هیلیم برای دماهای پایین و یا لیتیم ، پتاسیم و سدیم و بطور کلی فلزات مایع برای دماهای بالا باشد. برای دماهای میانی سیال های عامل مختلفی مثل آب یا متانول می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
سیال عامل معمولا باید دارای ویژگی های زیر باشد:
–         سازگاری با فیتیله و جنس دیواره(عدم ایجاد خوردگی)
–         کشش سطحی بالا
–         لزجت اندک
–         گرمای نهان تبخیر بالا: گرمای نهان تبخیر بالا به این علت مورد توجه قرار می گیرد که مقدار زیادی گرما با مقدار کمی سیال انتقال داده شود و از این رو افت فشار کمی در لوله حرارتی داشته باشیم .
۳-فیتیله یا ساختار مؤیین : باز گرداندن سیال چگالیده شده از کندانسور به منطقه اواپراتور با تکیه بر عمل موئینگی توسط این ساختار انجام می شود. ساختمان فیتیله می تواند از پشم شیشه بافته شده، پودر فلزات سفت شده ، سیم های ریز بهم تنیده  و … ساخته شود. وجود فتیله ها  همچنین باعث میشود که تمام سطح داخلی در قسمت تبخیر کننده  (اواپراتور ) مرطوب گردد که این ویژگی نیز به کمک خاصیت موئینگی انجام می گیرد. پارامترهایی که در انتخاب فتیله ها مفید هستند عبارتند از: ۱- قطر سوراخ های فتیله( روزنه ها) ۲-سازگاری با دیواره و سیال عامل۳- قابلیت مرطوب شدن ۴-قیمت و در دسترس بودن
 ۵- ساختار یکنواخت
هر کدام از اجزاء یک لوله حرارتی از اهمیت یکسانی بر خوردارهستندو با توجه به نوع ماده، خواص ترموفیزیکی و سازگاری باید ملاحظات دقیقی روی آنها صورت پذیرد.
مزایای لوله حرارتی
بطور کلی می توان خصوصیات و مزایای زیر را برای یک لوله حرارتی بیان کرد.
-انتقال  حرارت هم دما : افزایش فشار حرارتی تبخیر کننده باعث افزایش نرخ تبخیر سیال عامل داخلی لوله می گردد، بدون اینکه افزایشی در درجه حرارت سیستم ایجاد شود. بنابراین لوله های حرارتی می تواند تقریبا به عنوان یک ابزار هم دما عمل کرده و تنظیم نرخ تبخیر می تواند دامنه گسترده ای از توانهای ورودی را در بر می گیرد در حالیکه درجه حرارت منابع سرد و گرم سیستم ثابت می مانند.
– آهنگ یا نرخ سریع انتقال حرارت
– ساختار ساده با هزینه ساخت اندک
– اتلاف گرمای بسیار پایین
– سازگار با محیط زیست
-تعمیرات و نگهداری کم : از آنجا که در این وسیله هیچ قسمت متحرکی وجود ندارد نیاز به نگهداری و تعمیرات زیادی هم نخواهد داشت.
– قدرت و توان خارجی برای راه اندازی آن لازم نیست ، به جز گرمای لازم در قسمت اواپراتور.
ب-کاربردها
ویزگی های منحصر به فرد و بارز لوله های حرارتی موجب شده است که این وسیله در طیف وسیعی از کاربردهای انتقال حرارت مورد استفاده قرار گیرند . گستره کاری لوله های حرارتی از کاربردهای تبرید در دماهای حدود  -۲۷۰ oCبا به کار گیری هلیوم به عنوان سیال عامل تا بازه های دمایی ۲۰۰۰ – ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد ، بوسیله فلزات مایع ، پراکنده است . لوله های حرارتی با کاربردهای سرمایش ، صرفه جویی و بازیابی انرژی در زمینه هوا فضا ، سرمایش تجهیزات الکترونیکی ، تهویه مطبوع به منظور کنترل رطوبت در هواسازها ، خنک کاری قطعات فلزی در هنگام ماشین کاری و سرمایش کامپیوتر های شخصی ( Laptop , PC ) به عنوان یک سیستم با بازدهی بالای انرژی مورد استفاده قرار گرفته است .
در شکل زیر کاربرد لوله حرارتی در یک هواساز را نمایش می دهد.

در شکل روبرو نیز همانطور که مشاهده می شود به کمک لوله حرارتی ، می توان از انرژی خورشیدی برای گرم کردن و حتی به جوش آوردن آب در مصار ف خانگی و یا صنعتی استفاده نمود.

 

واکنش شما چیست؟
I like it
86%
interested
14%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
mostafa bohluli
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید