بررسی تجربی عامل‌های موثر بر عملکرد گرمایی ترموسیفون دو فازی بسته در شرایط جوشش گرمایی توسعه یافته و نوسانی در تبخیرکننده

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و صنایع، دانشگاه علم و فناوری مازندران، بهشهر، ایران

چکیده

هزینه‌های تأمین انرژی با افزایش پیوسته قیمت سوخت افزایش می‌بابد. ترموسیفون‌های دو فازی بسته از دستگاه‌های کارآمد برای انتقال گرما می‌باشند. در این پژوهش اثر متغیرهای مهم بر عملکرد یک ترموسیفون دو فازی بسته در شرایط جوشش توسعه یافته و نوسانی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ­های در یک ترموسیفون مسی به طول یک متر و قطر داخلی 20 میلی­ متر با سیال عامل آب مقطر انجام شد. آزمایش‌ها در نسبت پر شدن 25% تا 70%، نسبت اندازه­ها 13، 5/16 و 20، توان ورودی 100 تا 300 وات و زاویه شیب 5 تا 90 درجه انجام شد. برای به دست آوردن دید جامع نسبت به عامل­ های موثر بر عملکرد ترموسیفون یک رابطه بر اساس همه نتیجه­ های به ­دست آمده ارایه شد که هم­خوانی خوبی با داده­ های سایر پژوهشگران در بازه­ ی این پژوهش داشت. بر اساس نتیجه­ های به ­دست آمده بهترین عملکرد گرمایی ترموسیفون در شیب 60 درجه، توان ورودی 200 وات، نسبت پر شدن 50% و نسبت اندازه 5/16به دست آمد. از آنجا که در طی بررسی اثر این عامل­ ها بر عملکرد ترموسیفون در برخی شرایط پدیده جوشش نوسانی رخ داد، الگوهای گوناگون جوشش نیز مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی جوشش نوسانی از روش میزان نوسان دمای سیال خروجی از غلاف چگالنده استفاده شد. نتیجه­ ها نشان داد که در توان ورودی 100 وات جوشش ترکیبی و در توان بالاتر از 150 وات جوشش توسعه یافته در بخش تبخیرکننده رخ می‌دهد. همچنن رابطه تجربی دیگری برای بازه زمانی نوسان دمای خروجی بخش چگالنده ارایه شد که نشان می‌دهد دوره نوسان­ های دما ناشی از پدیده جوشش نوسانی با نسبت پرشدن و نسبت اندازه­ها رابطهمستقیم و با شدت جریان سیال خنک‌کننده، زاویه شیب ترموسیفون و گرمای ورودی به بخش چگالنده رابطه عکس دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Faghri A., "Heat Pipe Science and Technology", Global Digital Press, USA (2016).
[2] Zare Aliabadi H., Atashy H., Noie S.H., Khoshnoodi M., Khorram M., Khoshvaght M., Experimental and Numerical Analysis of Flow and Heat Transfer in a Gas-Liquid Thermosyphon Heat Exchanger in a Pilot Plant, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 29 (2): 121-129 (2010).
[3] Jafari D., Franco A., Filippeschi S.  Di Marco P., Two-Phase Closed Thermosyphons: A Review of Studies and Solar Applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 53:575-593 (2016).
[5] خزایی، ا.، حسینی، ر.، بهرامیان، ع.، "بررسی تجربی خصوصیات گرمایی، رژیم‌های جوشش و جوشش نوسانی در یک ترموسیفون دوفازی بسته"، دوازدهمین کنفرانس دینامیک شاره‌ها، 10-8 اردیبهشت، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، 1388.
[6] Negishi K., Sawada T., Heat Transfer Performance of an Inclined Two-Phase Closed Thermosyphon, Int. J. Heat Mass Transfer, 26(8):1207-1213 (1983).
[7] Negishi K., "Unstable Phenomena in a Two-Phase Closed Thermosyphon", Proc. Symp. on Mechanics for Space Flight, August 22-24, Lake Placid, NY (1983).
[8] Negishi K., "Thermo-Fluid Dynamics of Two-Phase Closed Thermosyphons", Proc. 5th IHPC, 1984.
[9] Lin T.F., Lin W.T., Tsay Y.L., Wu J.C., Experimental Investigation of Geyser Boiling in an Annular Two Phase Closed Thermosyphon, Int. J. Heat Mass Transfer, 38(2):295-307 (1995).
[10] Kunkoro H., Rao Y.F., Fukuda K., An Experimental Study on the Mechanism of Geysering in a Closed Two Phase Thermosyphon, Int. J. of Multiphase Flow, 21(6):1243-1252 (1995).
[11] سرمستی امامی م. ر.، نوعی، س. ح.؛ خشنودی م.، نعمتی م.، "بررسی جوشش نوسانی در یک ترموسیفون دوفازی بستهدهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران، 24-26 آبان، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران (1384).
[12] Sarmasti Emami M.R., Noie S.H., Khoshnoodi M., Hamed Mosavian M.T. , Kianifar A., Investigation of Geyser Boiling Phenomenon in a Two-Phase Closed Thermosyphon, Heat Transf. Eng., 30(5):408–415 (2009).
[13] Khazaee I., Hosseini R. Noie S.H., Experimental Investigation of Effective Parameters and Correlation of Geyser Boiling in a Two-Phase Closed Thermosyphon, Applied Thermal Eng., 30:406–412 (2010).
[14] Tian F.Z., Xin G.M., Wang X.Y. Cheng L., An Investigation of the Unstable Oscillation Phenomenas of Two-Phase Closed Thermosyphon, Adv. Materials Research, 668: 608-611 (2013).
[15] Grab C., Kulenovic R., Starflinger J., "Experimental Investigation on Long Two-Phase Closed Thermosiphons to be Applied in Spent Fuel Pools for Passive Heat Removal", 26th Int. Conf. Nuclear Energy for New Europe, September 11-14, Bled, Slovenia (2014).
[16] Smith K., Kempers R., Robinson A.,"Boiling and Condensation in Small Diameter Closed Two-Phase Thermosyphons", 9th Int. Conf. on Boiling and Condensation Heat Transfer, April 26-30, Boulder, Colorado (2015).
[19] Holman, J. D., "Experimental Methods for Engineers", 5th ed., Mc. Grow-Hill, New York, USA (1989).
[20] کاهانی م.، نوعی س. ح.، زینالی هریس س.، مقایسه عملکرد گرمایی یک ترموسیفون دوفازی بسته در اثر استفاده از نانو سیال‌های اکسید فلزی، نشریه جداسازی و پدیده­های انتقال، 21(1): 43 تا 58 (۱۳۸۹).
[21] Lin, M.C., Chun, L. J., Lee, W. S. and Chen, S. L., Thermal Performance of a Two-Phase Thermosyphon Energy Storage System, Solar Energy, 75(4): 295-306 (2003).
[22] شبندی م.، زینالی هریس س.، بنی آدم م.، امیری ا.، "بهبود عملکرد گرمایشی ترموسیفون بسته دوفازی (TPCT) بر اثر افزودن نانولوله کربنی به آب دیونیزهسومین کنفرانس بین المللی گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع، 5-3 خرداد، تهران (1390).
[23] نوعی س. م.، نوعی س. ح.، حریری دیبا ف.، بررسی تجربی عملکرد نانو سیال اکسید مس ـ استون بر بازده گرمایی یک ترموسیفون دوفازی بسته، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 32 (3): 31 تا 38 (1392).
[24] Parate H. Farkade, S., Thermal Performance of a Two Phase Closed Thermosyphon Using Nanofluid, Int. J. for Scientific Research & Development, 2(4):8-11 (2014).
[25] Noie S.H., Zeinali Heris S., Kahani M., Nowee S.M., Heat Transfer Enhancement Using Al2O3/Water Nanofluid in a Two-Phase Closed Thermosyphon, Int. J. of Heat and Fluid Flow, 30:700-705 (2009).