Loop heat pipes (LHP) are heat transfer devices used to enhance cooling of small spaces and basically consist of sealed tubes connecting a heat source, the evaporator, whose major part is a porous wick, with a condenser that operates as heat sink. In this paper we analyse the effect of curvature of the liquid vapor interface upon the vapor pressure within wick pores. We show how this effect affects start-up by requiring a difference between wick and condenser temperatures as higher as wick pore width becomes smaller. We analysed also transient operation and found that idealy LHP are self-adjusting systems that tend to stable operation. We present a formula to describe the transient regime. The analysis provides also optimization of wick pore width for maximum heat transfer. Optimal pore width is shown to vary with temperature difference between wick and condenser. It is envisaged how this feature may help in LHP design

چکیده

هیت پایپ های حلقه ای (LHP) ، دستگاه های انتقال حرارتی هستند که برای خنک سازی فضاهای کوچک به کار می روند و اصولا از لوله های (پایپ) عایق بندی شده تشکیل شده اند که به یک منبع گرما (تبخیر کننده) وصل می شوند و بخش اصلی آن، یک فتیله متخلخل است. قسمت دیگر یک چگالنده است که مانند یک سینک حرارتی عمل می کند. در این مقاله، ما تاثیر انحنای سطح مشترک بخار – مایع را بر فشار بخار درون تخلخل های فتیله بررسی می کنیم. ما نشان می دهیم چطور این امر از طریق  افزایش اختلاف دمای بین فتیله و چگالنده به اندازه ی کاهش پهنای تخلخل فتیله ، بر راه اندازی سیستم تاثیر می گذارد. همچنین ما نحوه کار گذرا را تحلیل کرده و دریافتیم که بطور ایده آل، LHP ها سیستم های خود تنظیم گری هستند که معمولا عملیات پایداری را دارند. ما فرمولی را برای توصیف ناحیه گذرا (لحظه ای) ارائه می دهیم. آنالیز شامل بهینه سازی پهنای تخلخل فتیله برای حداکثر انتقال حرارت نیز می شود. نشان داده شده است که پهنای تخلخل بهینه با اختلاف دمای بین فتیله و چگالنده تغییر می کند.

 -1مقدمه

هیت پایپ های حلقه ای (LHP) ، دستگاه هایی انتقال حرارتی هستند که در آنها یک سیال کار بطور پیوسته گرما را از تبخیرکننده به چگالنده منتقل می کند. LHP تحت یک اختلاف فشار کار می کند که در یک فتیله متخلخل (تبخیر کننده) تولید می شود و سیال کار را در درون حلقه به جریان می اندازد (شکل 1). اختلاف فشار ناشی از نیروهای مویین است که مایع را از چگالنده به درون تبخیرکننده می راند در حالی که اختلاف بین فشارهای اشباع مربوط به دماهای چگالنده و تبخیرکننده است که بخار را به چگالنده باز می گرداند.

LHP کاربرد گسترده ای را در خنک سازی الکترونیک، فضاپیما و دیگر حوزه ها داشته است. مقالات فراوانی که به ابعاد مختلف مشخصات عملکرد LHP می پردازند، تاکنون منتشر شده اند (1-12). هدف ما، بررسی این همه مقاله نیست بلکه فقط روی یک ویژگی تمرکز می کنیم که درک کامل آن نسبتا مشکل است: LHP نیازمند یک اختلاف فشار بین دو سر فتیله است تا به درستی راه اندازی شود. این معمولا از طریق استفاده از دستگاه های فعال انجام می شود که به راه اندازی و شروع به کار کمک می کنند. گرچه برخی ابعاد ساختاری LHP می توانند در مشکلات راه اندازی نقش داشته باشند، ما معتقدیم که ترمودینامیک در اینجا نقش مهمی را بازی می کند…