Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hiệu suất toàn cầu và cục bộ của một ống vi ống nhiệt tụ điều hòa: nghiên cứu thực nghiệm
Tóm tắt
Tối ưu hóa bộ trao đổi nhiệt là điều bắt buộc trong hầu hết các ứng dụng công nghiệp. Nhờ vào hiệu suất của chúng, Ống Nhiệt Dao Động (PHP) là một ứng dụng rất thú vị. Micro-PHP, được xác định là PHP có ống có đường kính thủy lực nhỏ hơn 500 μm, đã cho thấy nhiều lợi thế trong khả năng tản nhiệt cao, kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ. Tuy nhiên, đa phần các công trình nghiên cứu về hành vi nhiệt của micro-PHP chỉ liên quan đến hiệu suất trung bình của hệ thống, thường được biểu diễn bằng tổng trở kháng nhiệt của thiết bị. Nghiên cứu của chúng tôi nhằm bắt đầu lấp khỏa thiếu hụt này bằng cách điều tra hành vi nhiệt cục bộ của một micro-PHP nhiều vòng điển hình. Một micro-PHP có bảy vòng và được thực hiện bằng ống thép không gỉ đã được nghiên cứu. Nó được đặt theo phương thẳng đứng, với phần bay hơi nằm phía dưới, và nạp một phần HFC-134a. Micro-PHP được nghiên cứu có dạng ống, trong khi hầu hết các micro-PHP đã được nghiên cứu cho đến nay đều được cấu tạo bởi các kênh vi được khắc trên wafer silicon, chúng có tiềm năng lớn về tính linh hoạt ba trục so với các micro-PHP phẳng thường được nghiên cứu. Để làm nổi bật chức năng nhiệt khác nhau của mỗi vòng, một camera hồng ngoại đã được sử dụng để thu thập phân bố nhiệt độ cục bộ trên thành của bộ ngưng tụ PHP. Kết quả cho thấy hiệu suất tốt nhất đạt được với tỷ lệ nạp 46% và với nhiệt đầu vào trong khoảng 1.9–3.7 W. Để nghiên cứu kĩ lưỡng hành vi dao động của PHP được đề xuất, các tần số chi phối đã được điều tra thông qua phân tích wavelet. Kết quả cho phép xác định các chế độ dòng chảy khác nhau, như khởi động, dòng chảy dao động không liên tục (0.05–0.6 Hz; Qnet<2.3 W), và dòng chảy dao động gần chu kỳ (0.6–1.5 Hz; Qnet=2.8–4.7 W). Cuối cùng, các kết quả nhấn mạnh rằng phương pháp được đề xuất ở đây có thể cung cấp bằng chứng hữu ích về chuyển động của chất lỏng bên trong PHP, từ đó cho phép vượt qua các giới hạn do việc sử dụng các vật liệu trong suốt để trực quan hóa dòng chảy hoặc bởi sự chèn cảm biến áp suất xâm lấn, đặc biệt là trong các thiết bị có kích thước nhỏ như vậy.
Từ khóa
#Ống nhiệt dao động #micro-PHP #tối ưu hóa bộ trao đổi nhiệt #phân tích wavelet #động lực học chất lỏng.Tài liệu tham khảo
Murshed SMS, De Castro CN (2017) A critical review of traditional and emerging techniques and fluids for electronics cooling. Renew Sust Energ Rev 78:821–833
Chen Z, Li Y, Zhou W, Deng L, Yan Y (2019) Design, fabrication and thermal performance of a novel ultra-thin vapour chamber for cooling electronic devices. Energ Convers Manage 187:221–231
Ma H (2015) Oscillating heat pipes. Springer, Berlin
Faghri A (2014) Heat pipes: review, opportunities and challenges. Frontiers in Heat Pipes 5:1
Nazari MA, Ahmadi MH, Ghasempour R, Shafii MB, Mahian O, Kalogirou S, Wongwises S (2018) A review on pulsating heat pipes: from solar to cryogenic applications. Appl Energy 222:475–484
Bastakoti D, Zhang H, Li D, Cai W, Li F (2018) An overview on the developing trend of pulsating heat pipe and its performance. Appl Therm Eng 141:305–332
Hao T, Ma H, Ma X (2019) Heat transfer performance of polytetrafluoroethylene oscillating heat pipe with water, ethanol, and acetone as working fluids. Int J Heat Mass Tran 131:109–120
Taft BS, Williams AD, Drolen BL (2012) Review of pulsating heat pipe working fluid selection. J Thermophys Heat Tr 26(4):651–656
Cattani L, Mangini D, Bozzoli F, Pietrasanta L, Michè N, Mameli M, Filippeschi S, Rainieri S, Marengo M (2019) An original look into pulsating heat pipes: Inverse heat conduction approach for assessing the thermal behaviour. Thermal Science and Engineering Progress 10:317–326
Iwata N, Ogawa H, Miyazaki Y (2016) Maximum Heat Transfer and Operating Temperature of Oscillating Heat Pipe. J Heat Transf 138(12):122002
Iwata N, Ogawa H, Miyazaki Y (2011) Temperature-controllable oscillating heat pipe. J Thermophys Heat Tr 25(3):386–392
Iwata N, Miyazaki Y, Ogawa H (2018) Thermal Performance of Extra-thin Oscillating Heat Pipe. Joint 19th IHPC and 13th IHPS, Pisa, Italy, June 10–14, 2018
Bonfiglio C, Bozzoli F, Cattani L, Iwata N, Rainieri S, Vocale P (2020) Thermal Performance Investigation by Infrared Analysis of Mini Pulsating Heat Pipe. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1599, No. 1, p. 012004). IOP Publishing
Yang KS, Cheng YC, Jeng MS, Chien KH, Shyu JC (2014) An Experimental Investigation of Micro Pulsating Heat Pipes. Micromachines 5:385–395
Yoon A, Kim SJ (2017) Characteristics of oscillating flow in a micro pulsating heat pipes: fundamental-mode oscillation. Int J Heat Mass Tran Transfer 109:242–253
Qu J, Wu HY, Wang Q (2012) Experimental Investigation of Silicon-Based Micro-Pulsating Heat Pipe for Cooling Electronics. Nanoscale Microscale Thermophys Eng 16(1):37–49
Yoon A, Kim SJ (2018) Understanding of the thermo-hydrodynamic coupling in a micro pulsating heat pipe. Int J Heat Mass Tran 127:1004–1013
Kim J, Kim SJ (2020) Experimental investigation on working fluid selection in a micro pulsating heat pipe. Energ Convers Manage 205:112462
Jahani K, Mohammadi M, Shafii MB, Shiee Z (2013) Promising technology for electronic cooling: Nanofluidic micro pulsating heat pipes. Journal of Electronic Packaging, Transactions of the ASME 135(2):021005
Lee J, Joo Y, Kim SJ (2018) Effects of the number of turns and the inclination angle on the operating limit of micro pulsating heat pipes. Int J Heat Mass Transf 124:1172–1180
Jun S, Kim SJ (2019) Experimental study on a criterion for normal operation of pulsating heat pipes in a horizontal orientation. Int J Heat Mass Tran 137:1064–1075
Xu JL, Zhang XM (2005) Start-up and steady thermal oscillation of a pulsating heat pipe”. Heat and Mass Transfer/Waerme- und Stoffuebertragung 41(8):685–694
Fairley JD, Thompson SM, Anderson D (2015) Time–frequency analysis of flat-plate oscillating heat pipes. Int J Therm Sci 91:113–124
Mameli M, Marengo M, Khandekar S (2014) Local heat transfer measurement and thermo-fluid characterization of a pulsating heat pipe. Int J Therm Sci 75:140–152
Zhao N, Ma H, Pan X (2011) Wavelet Analysis of Oscillating Motions in an Oscillating Heat Pipe. ASME 2011 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, IMECE 2011 10(PARTS A AND B), 545–549
Torrence C, Compo GP (1998) A Practical Guide to Wavelet Analysis. Bull Am Meteor Soc 79(1):61–78
Astarita T, Carlomagno GM (2012) Infrared Thermography for Thermo-fluid dynamics. Springer, Berlin
Bevington PR (1969) Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences. McGraw-Hill, New York
Shafii MB, Faghri A, Zhang YW (2011) Thermal modeling of unlooped and looped pulsating heat pipes. J Heat Transfer 123:1159–1172
Perna R, Abela M, Mameli M, Mariotti A, Pietrasanta L, Marengo M, Filippeschi S (2020) Flow characterization of a pulsating heat pipe through the wavelet analysis of pressure signals. Appl Therm Eng 171:100622
Buresti G, Lombardi G, Bellazzini J (2004) On the analysis of fluctuating velocity signals through methods based on the wavelet and Hilbert transforms. Chaos, Solitons Fractals 20(1):149–158
Donald DA, Everingham YL, McKinna LW, Coomans D (2009) Feature selection in the wavelet domain: adaptive wavelets. Elsevier, 2009
Büssow R (2007) An algorithm for the continuous Morlet Wavelet transform. Mech Syst Signal Pr 21(8):2970–2979
Merry RJE (2005) Wavelet theory and applications: a literature study. DCT rapporten
Addison PS (2017) The illustrated wavelet transform handbook: introductory theory and applications in science, engineering, medicine and finance. CRC press
Nazari-Sharabian M, Karakouzian M (2020) Relationship between Sunspot Numbers and Mean Annual Precipitation: Application of Cross-Wavelet Transform. A Case Study. J Multidisciplinary Scientif J 3(1):67–78
Meyers SD, Kelly BG, O’Brien JJ (1993) An introduction to wavelet analysis in oceanography and meteorology: With application to the dispersion of Yanai waves. Mon Weather Rev 121(10):2858–2866
Qu J, Wu H, Cheng P (2012) Start-up, heat transfer and flow characteristics of silicon-based micro pulsating heat pipes. Int J Heat Mass Tran 55(21–22):6109–6120
Zhang XM, Xu JL, Zhou ZQ (2014) Experimental study of a pulsating heat pipe using fc-72, ethanol, and water as working fluids. Exp Heat Transfer 17(1):47–67
Han H, Cui X, Zhu Y, Sun S (2014) A comparative study of the behavior of working fluids and their properties on the performance of pulsating heat pipes (PHP). Int J Therm Sci 82(1):138–147
Marengo M, Nikolayev V (2018) Pulsating heat pipes: experimental analysis, design and applications. Encyclopedia of Two-Phase Heat Transf Flow IV 1–62
Cui X, Zhu Y, Li Z, Shun S (2014) Combination study of operation characteristics and heat transfer mechanism for pulsating heat pipe. Appl Therm Eng 65(1–2):394–402
Zohuri B (2016) Heat Pipe Design and Technology Modern Applications for Practical Thermal Management. 2nd Ed., Springer Nature, Switzerland, 2016
Kim JS, Bui NH, Jung HS, Lee W-H (2003) The study on pressure oscillation and heat transfer characteristics of oscillating capillary tube heat pipe. Korean Soc Mech Eng Int J 17(10):1533–1542
Monroe JG, Aspin ZS, Fairley JD, Thompson SM (2017) Analysis and comparison of internal and external temperature measurements of a tubular oscillating heat pipe. Exp Therm Fluid Sci 84:165–178
Suzuki O (2003) Heat-transport characteristics of a bubble-driven non-looped heat-transport device. Trans Japan Soc Mech Eng Part B 69(678):430–436
Ishii K, Fumoto K (2019) Temperature visualization and investigation inside evaporator of pulsating heat pipe using temperature-sensitive paint. Appl Therm Eng 155(5):575–583
Das SP, Lefevre F, Bonjour J, Khandekar S (2010) Parametric study of a two-phase oscillating flow in a capillary tube. In Proceedings of 15th International Heat Pipe Conference
Spinato G, Borhani N, Thome JR (2015) Understanding the self-sustained oscillating two-phase flow motion in a closed loop pulsating heat pipe. Energy 90:889–899
Khandekar S, Gautam AP, Sharma PK (2009) Multiple quasi-steady states in a closed loop pulsating heat pipe. Int J Therm Sci 48:535–546