Wärmeübertragungseigenschaften von Thermosyphons, die in Vakuumwasserheizern eingesetzt werden

Ein zweiseitiger geschlossener Thermosyphon (TPCT), ein gravitationsunterstütztes Wärmerohr, ist ein hocheffizienter Wärmeübertrager, der den Phasenwechsel von Flüssigkeit zu Dampf nutzt. Er wird in vielen Anwendungen eingesetzt, einschließlich Wärmeverteilung, thermisches Management und Regelung sowie Energiesparen. Das Hauptziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen der Betriebsbedingungen eines Thermosyphons, das in solarbetriebenen Wasserheizern verwendet wird, zu untersuchen. Die Studie konzentriert sich insbesondere auf den Einfluss des Neigungswinkels. Daher wird ein umfassendes Simulationsmodell unter Verwendung des Volumen-Flüssigkeits-Ansatzes (VOF) entwickelt. Komplexe und verwandte Phänomene, einschließlich Zweiphasenströmung, Phasenwechsel und Wärmeübertragung, werden berücksichtigt. Zur Implementierung des Modells wird ein Open-Source-CFD-Toolbox auf Basis der finiten Volumenformulierung, OpenFOAM, verwendet. Das Modell wird dann validiert, indem numerische Ergebnisse mit den experimentellen Daten aus der Literatur verglichen werden. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass das Simulationsmodell zuverlässig ist, um die Auswirkungen verschiedener Betriebsbedingungen auf das transiente und stationäre Verhalten des Thermosyphons zu untersuchen. Tatsächlich können die Bildung, das Wachstum und die Advektion von Blasen im flüssigen Pool am Verdampfer korrekt nachverfolgt werden. Die Auswirkungen der gestalteten Betriebsbedingungen auf die Wärmeübertragungsparameter werden ebenfalls diskutiert. Insbesondere zeigt sich, dass der optimale Neigungswinkel bei 60 ° für die mittlere Sättigungstemperatur (60 °C) liegt.