عملکرد لوله حرارتی در صنایع

عملکرد لوله حرارتی در صنایع:
عملکرد لوله های حرارتی براساس قاعده های فیزیکی زیر است.

در یک فشار مشخص، تبخیر یک مایع یا تقطیر یک بخار در دمای ویژه ای رخ می دهد که به عنوان دمای اشباع شناخته می شود. بنابراین، با حفظ فشار ثابت درون لوله حرارتی، می توان دمای تغییر فاز را بدون تغییر نگه داشت.

در یک فشار و دمای مشخص، میزان گرمای جذب شده در حین تبخیر شدن جرم واحدی از مایع، با میزان حرارت تخلیه شده در حین تقطیر بخار، برابر است.

وجود فشار مویینگی در یک ماده فتیله ای، موجب می شود به دلیل اثر مویینگی، مایع در ماده فتیله ای در خلاف جهت میدان گرانشی حرکت کند.

سیال در یک کانال، در جهتی جریان می یابد که فشارش کاهش پیدا کند. در ابتدا، ماده فتیله ای از مایع، اشباع شده و قسمت مرکزی لوله از بخار پر می شود. هنگامی که انتهای اواپراتور لوله حرارتی در تماس با یک سطح داغ باشد یا در محیطی داغ قرار بگیرد، گرما به داخل لوله منتقل می شود.

در حالت اشباع، مایعی که در انتهای اواپراتور لوله قرار دارد، به دلیل این انتقال حرارت تبخیر می شود و فشار بخار در آن نقطه افزایش می یابد. اختلاف فشاری که در این حالت ایجاد شده، بخار را در قسمت مرکزی لوله از اواپراتور به سمت کندانسور حرکت می دهد. انتهای کندانسور لوله در یک محیط سرد قرار دارد و سطح آن خنک تر است.

هنگامی که بخار در تماس با این سطح سرد قرار می گیرد، تقطیر شده و گرمای نهان تبخیر را به محیط بیرون پس می دهد.

اکنون به دلیل خاصیت مویینگی در لایه داخلی لوله حرارتی، مایع به سمت اواپراتور هدایت می شود تا چرخه کامل شود. در نتیجه، گرما از یک انتهای لوله، جذب و در انتهای دیگر آن تخلیه می شود و سیال داخل آن نقش محیط انتقال حرارت را ایفا می کند.

فرآیندهای تبخیر و تقطیر، متناظر با ضرایب انتقال گرمای بالایی هستند. از این رو، می توان انتظار داشت که لوله حرارتی در انتقال گرما نقش بسیار مؤثری داشته باشد. زیرا عملکرد آن براساس تبخیر و تقطیر متناوب یک سیال کاری طراحی شده است.

در واقع، هدایت لوله های حرارتی تا چند صد برابر بیشتر از مس و نقره است. به عبارت دیگر، تعویض یک میله مسی با لوله حرارتی در بین دو محیط با دماهای مختلف، می تواند نرخ انتقال حرارت را تا چند صد برابر افزایش دهد. یک لوله حرارتی ساده را در نظر بگیرید که از آب به عنوان سیال کاری در آن استفاده شده باشد. هدایت گرمایی مؤثر این لوله از مرتبه100,000W/mاست.

در حالی که این مقدار برای مس به 400W/m می رسد. به عنوان مثال، یک لوله حرارتی به طول15cmو قطر0.6cm که درونش با آب پر شده باشد، می تواند حرارت را با نرخ300W انتقال دهد. بنابراین، لوله های گرمایی با وجود قیمت بالا، در برخی کاربردهای حساس ارجحیت دارند.

نکته جالب دیگر در لوله های حرارتی این است که اختلاف فشار بین اواپراتور و کندانسور بسیار اندک است. در نتیجه، اختلاف دمای بین دو انتهای لوله نیز ناچیز خواهد بود. این اختلاف دما معمولاً عددی بین 1∘Cو5∘C را نشان می دهد.