TRANSFERENCIA DE CALOR. Sistema experimental de placa plana LHP

ARTICULO TECNOLÓGICO

INTEGRANTES

JONNATHAN ALEXANDER DUQUE BETANCUR

JOHAN ALEXIS RENDON

CARLOS MARIO GONZALEZ

ASIGANATURA:

TRANSFERENCIA DE CALOR

PROFESORA:

MIRYAM GUERRA

INSTITUTO TECNOLOGICO METROPOLITANO

MEDELLIN

2014

Investigación del impacto de diferentes fluidos de trabajo en las características operativas de LHP miniatura con evaporador plano.

Los tubos de calor de bucle (LHPs) son dispositivos de alta eficiencia de transferencia de calor, que utilizan el cambio de fase del fluido de trabajo para transferir el calor y la fuerza capilar para conducir ciclo del fluido. Los principales componentes de un LHP incluyen un evaporador, un condensador, una línea de vapor y la línea de líquido. LHP puede ser visto como una versión mejorada de un tubo de calor que resuelve las limitaciones de la tubería de calor convencional por la separación completa de las fases líquidas y de vapor entre sí por líneas separadas y la localización de la estructura capilar en sólo el evaporador. Como resultado, LHPs poseen todas las principales ventajas de las tuberías de calor convencionales, pero debido al diseño original y propiedades especiales de la estructura capilar, que son capaces de transferir la carga de calor para distancias de hasta varios metros en cualquier orientación en el campo de gravedad, o a varias decenas de metros en una posición horizontal . Su buen rendimiento de transferencia de calor se ha utilizado tradicionalmente para abordar el problema de control térmico en las naves espaciales, y aplicado con éxito en muchas tareas espaciales. Recientemente, las aplicaciones de LHPs se han extendido a los alrededores terrestres tales como los sistemas de refrigeración electrónicos.

Un estudio experimental en LHP con evaporador plano cuadrado, y su resultado muestra que LHP puede transferir la carga de calor de más de 600 W (con un flujo de calor en exceso de 100W/cm2) sin pérdida de electrolito en el evaporador,  ellos proponen dos modos de inicio, inicio por ebullición y puesta en marcha por evaporación,  para explicar el comportamiento de inicio varía para diferentes cargas de calor.

Al realizar una investigación experimental de las características térmicas de un circuito de tubería de calor minia-tura con un evaporador plano, y se encuentran con que LHP es capaz de puesta en marcha a la potencia de entrada tan bajo como 5 W, pero el tiempo de arranque es muy larga; En la orientación horizontal, LHP puede transferir la carga de calor máximo de 70 W con la temperatura del evaporador por debajo100 +/- 5 C, y la resistencia térmica de LHP se encuentra entre 0,17 y 5.66 C/ W.

El estudio los fenómenos de histéresis en LHP, encuentran que la histéresis de temperatura se conecta con los cambios en la distribución del líquido entre la cámara de compensación y el condensador, y se distinguen tres tipos de diferencial de temperatura de acuerdo con su análisis de los diferentes fenómenos de histéresis de temperatura.

El objeto principal del presente estudio es investigar el impacto de los diferentes     fluidos de trabajo sobre las características operativas de miniatura, y otros parámetros, tales como el ángulo de inclinación y la relación de la carga, también se consideran en el experimento.

Sistema experimental de placa plana LHP

El sistema experimental en el presente estudio consta de cuatro subsistemas: Sistema de LHP, sistema de calefacción, sistema de control de la temperatura ambiente, y el sistema de adquisición de datos. Muestra  que el sistema de la placa plana LHP, está compuesto por un evaporador, un tipo de aleta y tubo condensador refrigerado por aire, una línea de vapor y una línea de líquido. La mecha en el evaporador es 4 mm de espesor, que se compone de 82 capas 500 rejillas de malla de acero inoxidable. El evaporador, condensador y líneas de vapor / líquidos están hechos de cobre puro.

Doce termopares de tipo T con 0,2 C, que está calibrado por el calibrador de temperatura, se utilizan para medir la temperatura en diferentes lugares del PHL y el aire ambiente. La carga de calor es probado por vatímetro, cuya precisión es de 0,025%.

Con el fin de probar el rendimiento térmico del PHL, un simulador de carga de calor en forma de bloque de cobre con dos calentadores de cartucho incorporado y el área activa de 40*30 mm se utiliza para el propósito de minimizar la pérdida de calor a la temperatura ambiente, el simulador de carga de calor está aislado térmicamente usando 10 mm materiales nano-adiabático de espesor con conductividad de 0,012 W / m K.

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Resultados y discusión

Resistencia térmica analizar

Según la teoría de LHP. Define la resistencia térmica de LHP de la siguiente manera:

RLHP = (Tevap - Tcond) / Q

Donde Tevap es la temperatura media del evaporador zona calentada activa; Tcond es la temperatura media del condensador; Q es la carga de calor aplicado.

En lo sucesivo, RLHP-metanol significa la RLHP de LHP con metanol como fluido de trabajo, y RLHP-acetona significa la RLHP de LHP con acetona como fluido de trabajo.

Definir la relación de carga como:

 a =V1 / Vtotal* 100%

Cuando, V1 es el volumen de fluido de trabajo directamente en el ambiente de temperatura de 20 C, y Vtotal es el volumen de la cavidad de la totalidad lazo, incluyendo condensadores, línea de conexión, ranuras, la compensación cámara (CC), y las lagunas en la mecha.

Se puede ver que RLHP disminuye a medida que aumenta la carga de calor. En la misma condición de la operación, la RLHP-acetona es menor, la razón de esto es que, a la presión atmosférica, el punto de ebullición de acetona (56,6 C) es menor que la de metanol (64,7 C), y la evaporación de la acetona puede llevará a cabo en una temperatura más baja, lo que lleva a un Tevap inferior. Cuando es 50% o  a un 60% del calor de carga entre 12 W y 60 W, RLHP-metanol es 28,77% mayor que la de RLHP-acetona.

Característica de inicio

Cuando el calor carga se aplica al evaporador, parte del calor aplicado puede transferirse a núcleo o compensación cámara de líquido, que se llama así la fuga de calor. Para LHP con placa plana evaporador, el calor es el  problema más grave de pérdida  de la LHP con evaporador cilíndrico, ya que primero es más fácil de transferir más calor de la calefacción que de la pared de la cámara de compensación (CC) posteriormente. El grado de sub- enfriamiento es la diferencia de temperatura de vapor saturado en la cámara de compensación y el líquido de retorno. Con mayor grado de sub-enfriamiento,  la cámara de compensación puede tolerar más calor conducido desde la pared de calefacción, lo que reduce la posibilidad de evaporación de líquido en la cámara de compensación. Si el calor transferido es suficiente para reducir el sub-enfriamiento del líquido volviendo más grande, burbujas se generan en el CC, lo cual puede disminuir la cantidad de ciclismo o bloquear el flujo del fluido de trabajo de nuevo a CC, o incluso conducir a la pérdida de electrolito en la mecha. La conducción de vuelta en la placa plana del evaporador tiene un gran impacto en el funcionamiento de la LHP, especialmente en el proceso de inicio. Por lo tanto es una de las características clave de LHP, que si LHP puede arranque con éxito.

En el estudio, a las cargas de calor gama de 12E60 W (12 W como un intervalo), el experimento de inicio se llevó a cabo con dos tipos de fluidos de trabajo: metanol y acetona, en tres ángulos de inclinación diferentes (10, 50, 90), y al tres relaciones diferentes de carga (50 vol.%, 60 vol.%, 70 vol.%), y el resultado muestra que la placa plana LHP se arranque con éxito sin pérdida de electrolito, lo cual significa que el lanzador zurdo tiene una buena característica de inicio.

La puesta en marcha de la pipa de calor de bucle consta de tres procesos principales: (I) despejar el líquido de ranuras de evaporación, línea de vapor y parte del condensador, la zona I es la primera parte del tiempo de arranque, (II) generar diferencia de presión suficiente a través de la mecha porosa que es necesario para conducir el fluido de trabajo alrededor del bucle, la zona II es la segunda parte del tiempo de inicio, y (iii) LHP logra el estado de funcionamiento final. Cuando se pone en marcha con éxito LHP, puede presentar dos tipos de estados de servicio: (I) El estado de equilibrio, es decir, la temperatura de cada componente mantiene constante. (II) estado de oscilación de temperatura, es decir, la temperatura de cada componente mantiene oscilante con diferentes amplitudes y las mismas frecuencias.[pic 2]

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