Design of high-performance sintered-wick heat pipes

An analytical model for predicting peak (dryout) steady-state heat transfer limits in heat pipes utilizing sintered-wick structures is presented. Boiling is accounted for and one-dimensional liquid and vapor flows are assumed. Experimental measurements of peak heat flux values for two cylindrical sintered-copper wicks are made and compared with analytical predictions. Theoretical and experimental dryout heat flux values agree to within 10%. Using the analytical model, flat plate and cylindrical wick heat pipe performance is evaluated as a function of design parameters. Parameters for high-performance flat plate and cylindrical wicks are identified. Peak heat fluxes up to 50 and 100 W cm−2, respectively, are predicted for 10 cm long high-performance wicks using water as the coolant. On présente un modèle analytique pour prédire les limites thermiques de pointe permanente (assèchement) dans des caloducs utilisant des structures de mèche frittée. L'ébullition est prise en compte et on suppose des écoulements monodimensionnels de liquide et de vapeur. Des mesures expérimentales de flux thermique sont faites pour deux mèches cylindriques de cuivre fritte et elles sont comparées aux prédictions analytiques. Les valeurs théoriques et expérimentales d'assèchement s'accordent à mieux que 10%. En utilisant le modèle analytique, on évalue en fonction des paramètres opératoires les performances de caloducs à mèche aplatie ou cylindrique. On identifie des paramètres pour les mèches à haute performance. Des pics à flux thermiques allant respectivement jusqu'à 50 et 100 W cm−2 sont prédits pour des mèches de 10 cm de longueur avec l'eau comme fluide. Es wird ein analytisches Modell zur Berechnung der “dryout”-Grenze bei stationärer Wärmeübertragung in Wärmerohren mit Sinterdocht-Strukturen vorgestellt. In dem Modell werden viele Vorgänge berücksichtigt, und es wird eindimensionale Flüssigkeits- und Dampfströmung angenommen. Für zwei unterschiedliche zylindrische gesinterte Kupferdochte wird die maximale Wärmestromdichte experimentell bestimmt und mit den Berechnungen verglichen. Dabei ergibt sich eine Übereinstimmung innerhalb 10%. Das analytische Modell wird zur Ermittlung des Einflusses der Konstruktionsparameter auf das Verhalten eines Wärmerohres mit ebenem und zylindrischem Docht werwendet. Hierfür werden die Haupteinfluβgröβen ermittelt. Für 10 cm lange hocheffiziente Dochte werden mit Wasser als Kühlmittel Spitzenwerte der Wärmestromdichte von 50 bzw. 100 W cm−2 berechnet. oпиcыBAeтcя AHAлитичecкAя мoдeль для PAcчeтA пPeдeлoB мAкcимAльHoгo (кPHтичecкoгo) cтAциoHAPHoгo тeплoпePeиocA B тeплoBыч тPyβAч c иcпoльзoBAHиeм cтPyктyP co cпeчeHHым фитилeм. yчитыBAeтcя кипeHиe и пPeдиoлAгAeтcя, чтo тeчeHия жидкocтH H пAPA яBляютcя oдHoмePHыми. пPoBoдятcя экcпePимeHтAльHыe измePeHия мAкcимAльHыч зHAчeHий тeплoBoгo пoтoкA для дByч цилиHдPHчecкич cпeчeHHoмeдHыч фитилeй, и пoлyчeHHыe дAHHыe coпocтABляютcя c AHAлитичecкими PeзyльтAтAми. тeoPeтичecкиe и зкcпePимeHтAльHыe зHAчeHия кPитичecкoгo тeплoBoгo пoтoкA coBпAдAют c тoчHocтью дo 10%. HA ocHoBe AHAлитичecкoй мoдeли oцeHиBAютcя PAбoчиe чAPAктePиcтики тeплoBыч тPyβ c плocким и цилиHдPичecким фитилями B зABиcимocти oт кoHcтPyктиBиыч пAPAмeтPoB. oпPeдeляютcя пAPAмeтPы зффeктиBHыч плocкoгo и цилиHдPичecкoгo фHтилeй. для зффeктиBHыч фитилeй длиHoй 10 cм, иcпoльзyющич B кAчecтBe члAдAгeHтA Boдy, PAccчитAHы мAкcимAльHыe тeплoBыe пoтoки, cocтABляющиe cooтBeтcтBeHHo пo 50 и 100 Bт cм−2.