 |
لوله حرارتی با خواص مایع و گاز دقیق
معرفی
لوله های حرارتی برای انتقال موثر گرما از طریق تبخیر، انتقال جرم و تراکم سیال در حال کار طراحی شده اند. آنها در طیف گسترده ای از کاربردها یافت می شوند که در آن کنترل حرارتی اهمیت دارد و خنک سازی الکترونیک یک نمونه برجسته است.
در داخل یک لوله حرارتی، اختلاف دما بین دو طرف سرد و گرم همراه با وابستگی دمایی فشار بخار، باعث ایجاد اختلاف فشار در سراسر محفظه بخار می شود. اختلاف فشار، به نوبه خود، بخار را از سمت گرم به سمت سرد هدایت می کند. تبخیر به عنوان یک هیت سینک در رابط بخار-فتیله در سمت گرم و برعکس، تراکم به عنوان منبع گرما در سمت سرد عمل می کند. این مدل نشان می دهد که چگونه جریان آرام در محفظه بخار لوله حرارتی را می توان با انتقال فاز مایع از طریق فیتیله متخلخل جفت کرد و چگونه می توان خواص ترمودینامیکی آب را از پایگاه داده ترمودینامیک داخلی COMSOL به دست آورد. اهمیت انتقال بخار با انتقال حرارت رسانا در دیواره لوله مقایسه می شود. اولی با چندین مرتبه قدر بر دومی غالب است.
تعریف مدل
لوله های حرارتی در اشکال مختلف خروجی دارند. با این حال، لوله های لوله ای احتمالاً رایج ترین نوع هستند. در اینجا به یک مدل متقارن محوری از یک لوله مسی با یک فتیله مسی متخلخل و یک محفظه بخار نگاه خواهیم کرد. لوله حرارتی دارای یک سطح تماس در پایین است که باید به منبع حرارتی که قرار است خارج شود متصل شود. در بالای لوله، یک سطح تماس مشابه برای یک هیت سینک استفاده می شود. مورد دوم اغلب مربوط به یک ساختار فلزی پره ای است که می تواند به راحتی توسط یک فن خنک شود. هندسه مورد استفاده شامل قسمت های مختلف در شکل 1 زیر نمایش داده شده است.
شکل 1: نمای کلی از هندسه لوله حرارتی.
قبل از تنظیم مدل، بررسی خواهیم کرد که در چه شرایطی فرض ما از یک فیتیله اشباع وجود دارد.
برای لوله های حرارتی که در نزدیکی شرایط محیطی کار می کنند، فشار مویرگی، Δ pc ، معمولاً عامل محدود کننده است ( مرجع 1 ):
(1)
در اینجا σ کشش سطحی و rc شعاع مویرگی است . در حد مویرگی، این فشار برابر با فشار مورد نیاز برای هدایت بخار، فشار ساکن ناشی از گرانش و فشار لازم برای عبور مایع از طریق فتیله به روشی است که
(2)
برای بیشتر کاربردها، ما می‌توانیم همه موارد را به جز اصطلاح مایع، که می‌توان از قانون دارسی به دست آورد، نادیده گرفت:
(3)
که در آن μl ویسکوزیته دینامیکی مایع، L eff طول موثر لوله حرارتی، K نفوذپذیری فتیله، Aw سطح مقطع فیتیله و نرخ جریان حجمی است. دومی توسط نرخ تبخیر کنترل می شود:
(4)
که در 
آن نرخ انتقال حرارت است، ρ چگالی مایع است، ΔH vap گرمای نهان تبخیر است (با ابعاد انرژی در هر جرم). وارد کردن معادله 2 – 4 در معادله 1 ، و نادیده گرفتن Δ pv و Δ pg نتیجه می دهد
آن نرخ انتقال حرارت است، ρ چگالی مایع است، ΔH vap گرمای نهان تبخیر است (با ابعاد انرژی در هر جرم). وارد کردن معادله 2 – 4 در معادله 1 ، و نادیده گرفتن Δ pv و Δ pg نتیجه می دهد(5)
ارزیابی معادله 5 با K = 1·10 -9 m 2 ، A w = 1·10 -4 m 2 ، ΔH vap = 2.5·10 6 J/kg، ρ = 1·10 3 kg/m 3 ، σ = 7·10 -2 N/m، μ = 1·10 -3 Pa·s، L = 0.15 متر، و rc = 3.1· 10 -5 متر، مقدار 7.5 کیلو وات می دهد. در مدل، از نرخ انتقال حرارت متوسط 30 وات استفاده خواهد شد، بنابراین از حد مویرگی فاصله دارد. برای مقایسه، یک CPU یک رایانه شخصی مصرف کننده معمولی در حدود 10-100 وات تولید می کند.
تنظیمات فیزیک
یک رابط جریان آرام برای حل جریان آرام در حفره بخار استفاده می شود. جدا از خط تقارن محوری، تحت شرایط مرزی تک قرار می‌گیرد. فشار برای برابری با فشار بخار اشباع شده در سطح مشترک حفره-فتیله تجویز می شود.
(6)
این بدان معناست که فاز آب و بخار در این موقعیت در تعادل فرض می‌شود. فشار بخار با دما افزایش می‌یابد، که همان چیزی است که بخار را از منطقه با دمای بالا به منطقه دمای پایین هدایت می‌کند. برای جریان مایع در فیتیله متخلخل، از رابط معادلات برینکمن استفاده می شود. سرعت در فیتیله در رابط حفره-فتیله از نرخ جریان بخار در سمت حفره محاسبه می شود.
(7)
سطح فشار با استفاده از یک محدودیت نقطه فشار روی دیوار جامد در وسط هندسه ثابت می شود.
برای انتقال حرارت در تمام قسمت‌های هندسه، دیواره لوله، فیتیله و حفره بخار، از رابط انتقال حرارت در رسانه متخلخل استفاده می‌شود. این شامل ویژگی های دامنه برای هر نوع دامنه است.
خواص مواد
خواص مواد با استفاده از گره ترمودینامیک ایجاد می شود . یک سیستم بخار با استفاده از قانون گاز ایده آل برای فاز بخار تنظیم شده است، در حالی که یک سیستم مایع با استفاده از مدل های IAPWS ( مراجعه 2 ) برای فاز مایع در فیتیله ایجاد شده است. برای توصیف فشار اشباع، یک تابع فشار بخار برای سیستم مایع ایجاد می شود. به منظور اعمال آسان خواص در مدل، دو ماده با استفاده از گزینه Generate Material موجود برای سیستم های ترمودینامیکی ایجاد می شود. مس از کتابخانه مواد برای خواص موجود در دیواره لوله استفاده می شود.
نتایج و بحث
به عنوان اولین گام، زمانی که هدایت تنها وسیله انتقال انرژی در لوله است، دما را تجزیه و تحلیل کنید. این مربوط به استفاده از یک فتیله خشک، بدون آب مایع، و همرفت طبیعی ناچیز در بخار است. دمای حاصل در شکل 2 زیر نشان داده شده است.
شکل 2: دمای لوله حرارتی با فتیله خشک.
توجه داشته باشید که دمای منبع حرارت تقریباً 100 درجه سانتیگراد بالاتر از حرارت سینک است. در کاربردهایی که قطعات حساس به دما وجود دارند (الکترونیک، پلاستیک و غیره) چنین دمای بالایی مضر خواهد بود.
در شبیه‌سازی دوم، فتیله با آب مایع اشباع شده است، که مربوط به یک لوله حرارتی است که در نقطه طراحی آن اجرا می‌شود. مشخصات دمایی حاصل، که در شکل 3 مشاهده می شود ، به طور چشمگیری متفاوت به نظر می رسد.
شکل 3: دمای لوله حرارتی با فیتیله اشباع.
اختلاف دمای پیش بینی شده بین هیت سینک و منبع حرارت اکنون کمتر از 2 درجه سانتیگراد است. و سطح لوله حرارتی خارج از نواحی تماس اساساً همدما است. در شکل 4 ، میدان های سرعت محاسبه شده، در هر دو سیال، و دما در سراسر هندسه، در کنار یکدیگر رسم شده اند.
شکل 4: سرعت سیال — lg( | u | / m·s -1 ) و دما در لوله حرارتی در حال اجرا در نقطه طراحی.
فرآیند انتقال حرارت را می توان با محاسبه انتگرال های خط در سراسر حفره، فیتیله و پوشش در وسط لوله به سهم های مختلفی تجزیه کرد. در جدول 1 ، اهمیت نسبی مکانیسم های مختلف انتقال حرارت در لوله حرارت اشباع شده است.
روند | نرخ انتقال حرارت / W |
انتقال حرارت رسانا در بدنه | 4·10 -5 |
انتقال حرارت رسانا در فیتیله | 3·10 -5 |
انتقال حرارت نهان در حفره | 30 |
مشاهده می‌شود که در شرایط عملیاتی عادی، انتقال جرم بخار (و تغییرات فاز مرتبط با آن) مکانیسم کاملاً غالبی است که توسط آن لوله حرارتی گرما را منتقل می‌کند.
منابع
1. I. Shishido، I. Oishi، و S. Ohtani، “محدودیت مویرگی در لوله های حرارتی”، J. Chem. مهندس ژاپن ، جلد. 17، شماره 2، صص 179-186، 1986.
2. فرمولاسیون صنعتی W. Wagner و HJ Kretzschmar IAPWS 1997 برای خواص ترمودینامیکی آب و بخار. جداول بخار بین المللی: خواص آب و بخار بر اساس فرمول صنعتی IAPWS-IF97 ، صفحات 7-150، 2008.
مسیر کتابخانه برنامه: Liquid_and_Gas_Properties_Module/Tutorials /heat_pipe
توجه: این مدل در جزوه مقدمه ماژول خواص مایع و گاز موجود است .
دستورالعمل مدل
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  2D Axismetric کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow>Single-Phase Flow>Laminar Flow (spf) را انتخاب کنید . |
3 | کلیک راست کرده و Add Physics را انتخاب کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow>Porous Media and Subsurface Flow>Brinkman Equations (br) را انتخاب کنید . |
5 | کلیک راست کرده و Add Physics را انتخاب کنید . |
6 | در درخت انتخاب فیزیک ، انتقال حرارت > رسانه متخلخل> انتقال حرارت در رسانه متخلخل (ht) را انتخاب کنید . |
7 | کلیک راست کرده و Add Physics را انتخاب کنید . |
8 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
9 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
10 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
با خواندن مجموعه‌ای از پارامترها که ابعاد و ویژگی‌های خاص را تعریف می‌کنند، شروع کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل heat_pipe_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه 1
یک استوانه با انتهای گرد تعریف کنید، از یک بخش دایره، سه مستطیل و یک صفحه آینه استفاده کنید.
دایره 1 (c1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Circle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، r_outer را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی Sector angle عدد 90 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، length/2 را تایپ کنید . |
6 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | w_casing |
لایه 2 | w_wick |
مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، r_outer + w_contact را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، l_heatsource را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، length/2-l_heatsource را تایپ کنید . |
6 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | w_casing + w_contact |
لایه 2 | w_wick |
7 | تیک Layers را در سمت راست انتخاب کنید . |
8 | تیک Layers on bottom را پاک کنید . |
مستطیل 2 (r2)
1 | روی Rectangle 1 (r1) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، r_outer را تایپ کنید . |
4 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، length/2-l_heatsource*2 را تایپ کنید . |
5 | قسمت لایه ها را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | w_casing |
مستطیل 3 (r3)
1 | روی Rectangle 2 (r2) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت نوشتار Height ، length/2-l_heatsource*2 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 0 را تایپ کنید . |
در این مرحله، هندسه اولیه برای نیمه بالایی لوله حرارتی اضافه شده است، ادامه دهید و یک صفحه آینه اضافه کنید تا یک لوله حرارتی کامل به دست آورید.
آینه 1 (mir1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کرده و Mirror را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Graphics کلیک کنید و سپس Ctrl+A را فشار دهید تا همه اشیا انتخاب شوند. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Mirror ، بخش ورودی را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Keep input objects را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Normal Vector to Line of Reflection را پیدا کنید . در قسمت متن r عدد 0 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، 1 را تایپ کنید . |
برای قسمت وسط لوله حرارتی از توری چهار ضلعی و برای انتهای آن از مش های مثلثی استفاده کنید. برای تسهیل این انتقال مش، لبه های کنترل مش را تعریف کنید. اینها می توانند در حین مش بندی ارجاع شوند، در حالی که به تقسیم دامنه ها در زمینه های دیگر کمک نمی کنند.
لبه های کنترل مش 1 (mce1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Virtual Operations کلیک کنید و Mesh Control Edges را انتخاب کنید . |
2 | در باله شی ، فقط مرزهای 9، 13، 25، 29، 38 و 42 را انتخاب کنید. |
به طور مشابه، برخی از لبه های دیگر را به طور کامل نادیده بگیرید، نه تنها در حین مش بندی.
نادیده گرفتن لبه‌های 1 (ige1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Virtual Operations کلیک کنید و گزینه Ignore Edges را انتخاب کنید . |
2 | در شی mce1 فقط مرزهای 5، 7، 11، 13، 17، 19، 23 و 24 را انتخاب کنید. |
نادیده گرفتن لبه‌ها 2 (ige2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Virtual Operations کلیک کنید و گزینه Ignore Edges را انتخاب کنید . |
2 | در شی ige1 فقط مرزهای 12، 14، 18 و 19 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای نادیده گرفتن لبه ها ، بخش ورودی را پیدا کنید . |
4 | تیک گزینه Ignore adjacent vertices را پاک کنید . |
نادیده گرفتن رئوس 1 (igv1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Virtual Operations کلیک کنید و گزینه Ignore Vertices را انتخاب کنید . |
2 | در شی ige2 ، فقط نقاط 9، 10، 12 و 13 را انتخاب کنید. |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
حفره بخار
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
این یک تمرین خوب است که انتخاب‌های صریح را با نام‌های توصیفی معرفی کنید، این موارد به هنگام انتخاب در رابط‌های فیزیک بعداً کمک خواهند کرد. بنابراین، انتخاب هایی را برای سه حوزه و تعداد انگشت شماری از مرزهای مورد علاقه تعریف کنید.
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، حفره بخار را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | در شی igv1 فقط دامنه های 3 و 4 را انتخاب کنید. |
فتیله مس متخلخل
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، Porous Copper Wick را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در شی igv1 فقط دامنه های 2 و 5 را انتخاب کنید. |
پوشش لوله مسی جامد
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، پوشش لوله مسی جامد را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | در شی igv1 فقط دامنه های 1 و 6 را انتخاب کنید. |
سینک حرارتی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، Heat Sink را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Entities to Select را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در شی igv1 ، فقط مرز 21 را انتخاب کنید. |
منبع گرما
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، بخش Entities to Select را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در شی igv1 ، فقط مرز 20 را انتخاب کنید. |
5 | در قسمت نوشتار برچسب ، منبع حرارت را تایپ کنید . |
مقطع حفره
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، مقطع عرضی حفره را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Entities to Select را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در شی igv1 ، فقط مرز 5 را انتخاب کنید. |
مقطع فیتیله
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، Cross Section of Wick را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Entities to Select را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در شی igv1 ، فقط مرز 10 را انتخاب کنید. |
مقطع پوشش
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، در قسمت متن برچسب ، Cross Section of Casing را تایپ کنید . |
3 | قسمت Entities to Select را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در شی igv1 ، فقط مرز 13 را انتخاب کنید. |
مرز فیتیله داخلی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، Inner Wick Boundary را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Entities to Select را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در شی igv1 فقط مرزهای 8 و 9 را انتخاب کنید. |
تمام مرزهای فیتیله ای
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، همه مرزهای فیتیله را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Entities to Select را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در شی igv1 ، فقط مرزهای 8، 9، 11 و 12 را انتخاب کنید. |
بعد، یک انتخاب اتحادیه از مقاطع ایجاد می شود. این مقاطع هیچ اهمیت فیزیکی ندارند و فقط برای تجزیه و تحلیل در مرحله پس پردازش استفاده خواهند شد. بنابراین، آنها را در طول راه اندازی مدل پنهان کنید.
کلیه مقاطع عرضی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Union Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب اتحادیه ، همه مقاطع متقاطع را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید .  روی افزودن کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، مقطع حفره ، مقطع فیتیله و مقطع پوشش را انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
تعاریف
پنهان کردن برای هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Definitions را گسترش دهید . |
2 | روی View 1 کلیک راست کرده و گزینه Hide for Geometry را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای Hide for Geometry ، بخش Selection را پیدا کنید . |
4 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
5 | از لیست انتخاب ، همه مقاطع متقاطع را انتخاب کنید . |
مش 1
مراحل زیر یک مش را راه اندازی می کند که اندازه عنصر آن توسط یک پارامتر جهانی کنترل می شود و از یک مش متفاوت برای بخش میانی لوله حرارتی استفاده می شود.
نقشه برداری 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Mapped کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mapped ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 4، 7–9، 11 و 12 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع توزیع ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of Elements ، length/r_outer/mesh_factor را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن نسبت عنصر ، 10 را تایپ کنید . |
6 | چک باکس توزیع متقارن را انتخاب کنید . |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
مثلثی رایگان 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Free Triangular کلیک کنید .
Free Triangular کلیک کنید .اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . در قسمت حداکثر اندازه عنصر ، 0.9*min(w_casing, w_wick)*mesh_factor را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متنی Minimum size element ، 0.3*min(w_casing, w_wick)*mesh_factor را تایپ کنید . |
لایه های مرزی 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary Layers کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه های مرزی ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 2-5 و 8-11 را انتخاب کنید. |
ویژگی های لایه مرزی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Boundary Layer Properties کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های لایه مرزی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزهای فیتیله را انتخاب کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مواد
شما باید موادی را برای پوشش فلزی و فتیله و همچنین برای مایع کار (هم به صورت گازی و هم به صورت مایع) اضافه کنید. مس از مواد ساخته شده اضافه خواهد شد. برای بخار آب و آب مایع، دو سیستم ترمودینامیکی ایجاد می شود که سپس مواد از آنها تولید می شود. توجه داشته باشید که باید مس را به مواد جهانی اضافه کنید تا در گره مواد متخلخل قابل دسترسی باشد، که به جزء 1 اضافه خواهد شد. برای استفاده از این ماده مس جهانی در جزء 1 برای انتخاب دامنه پوشش لوله مس جامد، یک پیوند ماده اضافه خواهد شد.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Copper را انتخاب کنید . |
4 | کلیک راست کرده و Add to Global Materials را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
تعاریف جهانی
برای بخار آب از مدل گاز ایده آل استفاده کنید.
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  ترمودینامیک کلیک کنید و سیستم ترمودینامیک را انتخاب کنید . |
SYSTEM را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select System بروید . |
2 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
گونه ها را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Species بروید . |
2 | در لیست گونه ها ، آب (7732-18-5، H2O) را انتخاب کنید . |
3 |  روی افزودن انتخاب شده کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
مدل ترمودینامیکی را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Thermodynamic Model بروید . |
2 | از لیست مدل فاز گاز ، گاز ایده آل را انتخاب کنید . |
3 | روی Finish در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
سیستم گاز 1 (pp1)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions> Thermodynamics روی Gas System 1 (pp1) کلیک راست کرده و Generate Material را انتخاب کنید .
فاز را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Phase بروید . |
2 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
گونه ها را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Species بروید . |
2 |  روی افزودن همه کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
PROPERTIES را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Properties بروید . |
2 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
متریال را تعریف کنید
1 | به پنجره Define Material بروید . |
2 | از لیست Component ، Global را انتخاب کنید . |
3 | روی Finish در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  ترمودینامیک کلیک کنید و سیستم ترمودینامیک را انتخاب کنید . |
برای آب مایع، از مدل IAPWS استفاده کنید.
SYSTEM را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select System بروید . |
2 | از لیست Phase ، Vapor-liquid را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
گونه ها را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Species بروید . |
2 | در لیست گونه ها ، آب (7732-18-5، H2O) را انتخاب کنید . |
3 |  روی افزودن انتخاب شده کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
مدل ترمودینامیکی را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Thermodynamic Model بروید . |
2 | روی Finish در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
سیستم بخار-مایع 1 (pp2)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions> Thermodynamics روی Vapor-Liquid System 1 (pp2) کلیک راست کرده و Species Property را انتخاب کنید .
PROPERTIES را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Properties بروید . |
2 | از لیست واحد پایه مقدار ، کیلوگرم را انتخاب کنید . |
3 | در لیست، گرمای تبخیر (J/kg) را انتخاب کنید . |
4 |  روی افزودن انتخاب شده کلیک کنید . |
5 | در لیست، فشار بخار Ln ، Pa را انتخاب کنید . |
6 |  روی افزودن انتخاب شده کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
فاز را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Phase بروید . |
2 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
گونه ها را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Species بروید . |
2 |  روی افزودن همه کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
بررسی اجمالی خواص گونه ها
1 | به پنجره Species Property Overview بروید . |
2 | روی Finish در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
فشار بخار آب
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Analytic را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تحلیل ، فشار بخار آب را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | در قسمت متن نام تابع ، pH2O را تایپ کنید . |
4 | قسمت Definition را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، exp(LnVaporPressure_water22(T)) را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن Arguments ، T را تایپ کنید . |
6 | قسمت Units را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | واحد |
تی | ک |
7 | در قسمت Function text، Pa را تایپ کنید . |
8 | قسمت Plot Parameters را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | حد پایین | حد بالا | واحد |
تی | 273.15 | 373.15 | ک |
سیستم بخار-مایع 1 (pp2)
روی Vapor-Liquid System 1 (pp2) کلیک راست کرده و Generate Material را انتخاب کنید .
فاز را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Phase بروید . |
2 | از لیست، مایع را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
گونه ها را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Species بروید . |
2 |  روی افزودن همه کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
PROPERTIES را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Properties بروید . |
2 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
متریال را تعریف کنید
1 | به پنجره Define Material بروید . |
2 | روی Finish در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
دو مورد بررسی خواهد شد: یک فتیله خشک و یک فتیله اشباع. با معرفی سوئیچ مواد، رابط های بعدی می توانند به این سوئیچ اشاره کنند که می تواند به بخار یا مایع اشاره کند. وضعیت آن از گره های مطالعه کنترل می شود.
سیال در فیتیله
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions ، روی Materials راست کلیک کرده و Material Switch را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سوئیچ مواد ، Fluid in Wick را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
مایع: آب 1 (pp2mat1)
در پنجره Model Builder ، روی Liquid: water 1 (pp2mat1) راست کلیک کرده و Copy را انتخاب کنید .
مایع: آب 1 (sw1.pp2mat1)
در پنجره Model Builder ، روی Fluid in Wick (sw1) کلیک راست کرده و Paste Material را انتخاب کنید .
گاز: آب 1 (pp1mat1)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions>Materials روی Gas: water 1 (pp1mat1) کلیک راست کرده و Copy را انتخاب کنید .
گاز: آب 1 (sw1.pp1mat1)
در پنجره Model Builder ، روی Fluid in Wick (sw1) کلیک راست کرده و Paste Material را انتخاب کنید .
مواد
یک ماده متخلخل برای استفاده در فتیله اضافه کنید، دو ویژگی فرعی به گره مواد متخلخل اضافه می شود، یکی برای سیال و دیگری برای جامد.
مواد متخلخل 1 (pmat1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و More Materials>Porous Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد متخلخل ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، فتیله مس متخلخل را انتخاب کنید . |
مایع 1 (pmat1.fluid1)
1 | روی Porous Material 1 (pmat1) کلیک راست کرده و Fluid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، قسمت Fluid Properties را پیدا کنید . |
3 | از لیست Material ، Fluid in Wick (sw1) را انتخاب کنید . |
جامد 1 (pmat1.solid1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Porous Material 1 (pmat1) کلیک راست کرده و Solid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid ، بخش Solid Properties را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن θ s ، 1-wick_porosity را تایپ کنید . |
اکنون مواد فتیله مشخص شده است، به اضافه کردن پیوندهایی به بخار آب و مس ادامه دهید.
بخار آب
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و More Materials>Material Link را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به Material Link ، Water Vapor را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، حفره بخار را انتخاب کنید . |
4 | قسمت تنظیمات پیوند را پیدا کنید . از لیست مواد ، گاز: آب 1 (pp1mat1) را انتخاب کنید . |
فلز مس
1 | روی Materials راست کلیک کنید و More Materials>Material Link را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به Material Link ، Copper Metal را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، پوشش لوله مسی جامد را انتخاب کنید . |
اکنون که هندسه، انتخاب ها و مواد در جای خود قرار دارند، به تنظیم فیزیک بروید.
چند فیزیک
جریان غیر گرمایی 1 (nitf1)
در نوار ابزار Physics ، روی Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Nonisothermal Flow را انتخاب کنید .
Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Nonisothermal Flow را انتخاب کنید .جریان غیر گرمایی 2 (nitf2)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Nonisothermal Flow را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان غیر گرمایی ، بخش Coupled Interfaces را پیدا کنید . |
3 | از لیست جریان سیال ، معادلات برینکمن (br) را انتخاب کنید . |
جریان آرام (SPF)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Laminar Flow (spf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Laminar Flow ، بخش Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، حفره بخار را انتخاب کنید . |
4 | بخش Physical Model را پیدا کنید . از لیست تراکم پذیری ، جریان تراکم پذیر (Ma<0.3) را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن p ref ، p_ref را تایپ کنید . |
یک شرط فشار را روی مرز حفره اعمال کنید و آن را برابر با فشار بخار آب قرار دهید. عدم سرکوب جریان برگشتی اجازه می دهد تا بخار در سمت گرم وارد شود و از سمت سرد خارج شود.
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Inner Wick Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Boundary Condition را پیدا کنید . از لیست، فشار را انتخاب کنید . |
5 | بخش شرایط فشار را پیدا کنید . در قسمت متنی p 0 ، pH2O(T)-p_ref را تایپ کنید . |
6 | چک باکس Suppress backflow را پاک کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن p ، p_ref را تایپ کنید . |
معادلات برینکمن (BR)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی معادلات Brinkman (br) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای معادلات برینکمن ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، فتیله مس متخلخل را انتخاب کنید . |
4 | بخش Physical Model را پیدا کنید . از لیست تراکم پذیری ، جریان تراکم پذیر (Ma<0.3) را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن p ref ، p_ref را تایپ کنید . |
ماتریس متخلخل 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Brinkman Equations (br)>Porous Medium 1 روی Porous Matrix 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس متخلخل ، بخش ویژگی های ماتریس را پیدا کنید . |
3 | از لیست κ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، wick_permeability را تایپ کنید . |
شار جرمی آب از طریق رابط حفره-فتیله باید در هر دو رابط جریان آرام و همچنین رابط معادلات برینکمن برابر باشد. با استفاده از نسبت تراکم بین بخار و مایع، می توانید یک شرط مرزی سرعت را روی فتیله اعمال کنید.
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Inner Wick Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Velocity را پیدا کنید . روی دکمه فیلد Velocity کلیک کنید . |
5 | بردار u 0 را به عنوان مشخص کنید |
u*spf.rho/br.rho | r |
w*spf.rho/br.rho | z |
یک محدودیت فشار 0 [Pa] را به نقطه روی محور r در سطح مشترک بین فیتیله و پوشش اعمال کنید:
محدودیت نقطه فشار 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Points کلیک کنید و محدودیت نقطه فشار را انتخاب کنید . |
2 | فقط نقطه 9 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای محدودیت نقطه فشار ، قسمت محدودیت فشار را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی p 0 ، pH2O(T)-p_ref را تایپ کنید . |
انتقال حرارت در محیط متخلخل (HT)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی انتقال حرارت در رسانه متخلخل (ht) کلیک کنید .
جامد 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Solid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، پوشش لوله مسی جامد را انتخاب کنید . |
مایع 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Fluid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، حفره بخار را انتخاب کنید . |
ماتریس متخلخل 1
از مس به عنوان فاز جامد در مواد متخلخل استفاده کنید. از آنجایی که این ماده دارای خواصی برای مواد حجیم متراکم است، باید مشخص کنید که خواص مواد دارای خواص حجیم هستند و بنابراین باید بر اساس تخلخل مقیاس شوند.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Porous Media (ht)>Porous Medium 1 روی Porous Matrix 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس متخلخل ، بخش ویژگی های ماتریس را پیدا کنید . |
3 | از لیست تعریف ، خواص فاز جامد را انتخاب کنید . |
اگر یک ماده از پیش تعریف‌شده داشتید که دارای داده‌هایی برای حالت متخلخل آن بود، مثلاً «اسفنج مسی»، انتخاب «تعریف» را در زیر ویژگی‌های ماتریس به‌عنوان «ویژگی‌های حجیم خشک» نگه می‌داشتید.
بعد، شرایط مرزی مربوط به منبع گرما را مشخص کنید.
شار حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شار گرما ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، منبع گرما را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Heat Flux را پیدا کنید . در قسمت متن q 0 ، phi_in را تایپ کنید . |
شرایط مرزی برای هیت سینک به طور مشابه تنظیم می شود، اما با شرایط شار حرارتی همرفتی. یعنی شار حرارتی خارج شده از لوله از طریق هیت سینک با اختلاف دمایی بین هیت سینک و محیط خارجی متناسب است. بزرگی ثابت تناسب (ضریب انتقال حرارت) به شرایط جریان خارجی مانند وجود یک فن خارجی (و سرعت آن)، سطح خارجی و هندسه پره ها (در صورت وجود) بستگی دارد.
شار حرارتی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شار گرما ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Heat Sink را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Heat Flux را پیدا کنید . از لیست نوع شار ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن h ، h_conv را تایپ کنید . |
گرمای مربوط به تغییر فاز آب، گرما را در سمت گرم حذف می کند (تبخیر) و گرما را در سمت سرد (تراکم) کمک می کند، مقدار انرژی درگیر گرمای تبخیر است. برای این فرآیند یک منبع حرارتی مرزی در رابط حفره/فتیله اضافه کنید.
منبع حرارت مرزی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Boundary Heat Source را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای منبع حرارت مرزی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Inner Wick Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Boundary Heat Source را پیدا کنید . در قسمت متن Q b ، (u*spf.nr+w*spf.nz)*HeatOfVaporization_water21(T)*spf.rho را تایپ کنید . |
مطالعه 1 – فتیله خشک
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study 1 – Dry Wick را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
به منظور انتخاب وضعیت سوئیچ مواد ما “Fluid in Wick” برای مطابقت با حالت خشک، یک جارو کردن مواد به مطالعه اضافه می شود، اما تنها یک مورد، شاخص (1) اولین ماده ما در سوئیچ، “گاز: آب 1”.
جارو کردن مواد
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Material Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی مواد ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
تعویض | موارد | شماره های پرونده |
مایع در فیتیله (sw1) | تعریف شده توسط کاربر | 2 |
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول، کادرهای حل برای جریان آرام (spf) و معادلات برینکمن (br) را پاک کنید . |
4 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
دما، 3 بعدی (ht) – فتیله خشک
هنگامی که حل کننده تمام شد، به مشخصات دما در امتداد لوله حرارتی برای این مورد “خشک” نگاه کنید.
1 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Temperature، 3D (ht) – Dry Wick را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
2 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
3 | در قسمت متن عنوان ، Temperature را تایپ کنید . |
4 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . چک باکس نمایش مقادیر حداکثر و حداقل را انتخاب کنید . |
5 | تیک Show units را انتخاب کنید . |
سطح
1 | در پنجره Model Builder ، گره Temperature, 3D (ht) – Dry Wick را گسترش دهید ، سپس روی Surface کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Temperature, 3D (ht) – Dry Wick ، روی  Plot کلیک کنید . |
این شکل 2 از بخش نتایج قبلی است. توجه داشته باشید که برای پارامترهای موجود، لوله بسیار داغ می شود.
قبل از حرکت یکی از توطئه ها را بردارید.
خطوط همدما (ht)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Isothermal Contours (ht) کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید .
ریشه
حالا مدل مورد معمولی را با مایع واقعی در فیتیله حل کنید.
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
4 | کلیک راست کرده و Add Study را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2 – فتیله اشباع
در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study 2 – Saturated Wick را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
جارو کردن مواد
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Material Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی مواد ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
تعویض | موارد | شماره های پرونده |
مایع در فیتیله (sw1) | تعریف شده توسط کاربر | 1 |
مرحله 1: ثابت
مطالعه 2 را در دو مرحله حل کنید: ابتدا بدون معادلات برینکمن و سپس با فعال بودن تمام رابط ها. حل به این ترتیب به معادلات برینکمن حدس اولیه نزدیک به جواب نهایی می دهد و فرآیند را قوی تر و کارآمدتر می کند.
مرحله 2: ثابت 1
در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 2 – Saturated Wick ، روی Step 1: Stationary کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
2 | در جدول، کادر حل برای معادلات برینکمن (br) را پاک کنید . |
3 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی دریافت مقدار اولیه کلیک کنید . |
نتایج
سرعت (spf) و دما (ht)
با درخواست مقادیر اولیه، گروه های نمودار پیش فرض ایجاد می شوند که اکنون می توانید آنها را تغییر دهید.
1 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، سرعت (spf) و دما (ht) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید. |
2 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
3 | در قسمت متن عنوان ، Fluid Velocity and Temperature را تایپ کنید . |
4 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . تیک Show units را انتخاب کنید . |
سطح 1 – سرعت سیال، lg(|u|)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Velocity (spf) و Temperature (ht) را گسترش دهید ، سپس روی Surface کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، Surface 1 – Fluid Velocity، lg(|u|) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، log10(ht.uz^2 + ht.ur^2)/2 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Linear>Cividis را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
سطح پیکان 1
در پنجره Model Builder ، روی Velocity (spf) و Temperature (ht) کلیک راست کرده و Arrow Surface را انتخاب کنید .
Arrow Surface 1، Surface 1 – Fluid Velocity، lg(|u|)
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Velocity (spf) و Temperature (ht) ، Ctrl را کلیک کنید تا Surface 1 – Fluid Velocity، lg(|u|) و Arrow Surface 1 را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
سطح 2 – دما
1 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، Surface 2 – Temperature را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
2 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت Expression text، T را تایپ کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>HeatCamera را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
از تغییر شکل استفاده کنید تا امکان نمایش دو نمودار در کنار هم را فراهم کنید.
تغییر شکل 1
1 | روی Surface 2 – Temperature کلیک راست کرده و Deformation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تغییر شکل ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن r-component ، r_outer را تایپ کنید . |
4 | قسمت Scale را پیدا کنید . |
5 | چک باکس Scale factor را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، 3 را تایپ کنید . |
سطح پیکان 1 – جریان بخار
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Velocity (spf) و Temperature (ht) روی Arrow Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Arrow Surface ، Arrow Surface 1 – Vapor Flow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت تعیین موقعیت پیکان را پیدا کنید . زیر بخش نقاط شبکه r را پیدا کنید . در قسمت متنی Points ، 9 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از فهرست طول پیکان ، Logarithmic را انتخاب کنید . |
5 | چک باکس Scale factor را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.005 را تایپ کنید . |
6 | از لیست رنگ ، سیاه را انتخاب کنید . |
سطح پیکان 1 – جریان بخار 1
روی Arrow Surface 1 – Vapor Flow کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
Arrow Surface 2 – Liquid Flow
1 | در پنجره تنظیمات برای Arrow Surface ، Arrow Surface 2 – Liquid Flow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
2 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت متن r-component ، u2 را تایپ کنید . |
3 | در قسمت متن z-component ، w2 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . |
5 | چک باکس Scale factor را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 50 را تایپ کنید . |
6 | از لیست رنگ ، آبی را انتخاب کنید . |
خط 1 – مرزهای مواد
1 | در پنجره Model Builder ، روی Velocity (spf) و Temperature (ht) کلیک راست کرده و Line را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای خط ، خط 1 – مرزهای مواد را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت Expression text، 1 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Coloring ، Uniform را انتخاب کنید . |
5 | از لیست رنگ ، سیاه را انتخاب کنید . |
تغییر شکل 1
1 | روی Line 1 – Material Boundaries کلیک راست کرده و Deformation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تغییر شکل ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن r-component ، r_outer را تایپ کنید . |
4 | قسمت Scale را پیدا کنید . |
5 | چک باکس Scale factor را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، 3 را تایپ کنید . |
مطالعه 2 – فتیله اشباع
تنظیمات حل کننده
در پنجره Model Builder ، گره Study 2 – Saturated Wick>Solver Configurations را گسترش دهید .
راه حل 4 (sol4)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Study 2 – Saturated Wick>Solver Configurations>Solution 4 (sol4)>Stationary Solver 1 را گسترش دهید . |
2 | روی Stationary Solver 1 کلیک راست کرده و Fully Coupled را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره Settings for Fully Coupled ، برای گسترش بخش Results while Solving کلیک کنید . |
4 | کادر Plot را انتخاب کنید . |
5 | از لیست گروه Plot ، سرعت (spf) و دما (ht) را انتخاب کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، روی Stationary Solver 2 کلیک راست کرده و Fully Coupled را انتخاب کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای Fully Coupled ، بخش Results When Solving را پیدا کنید . |
8 | کادر Plot را انتخاب کنید . |
9 | از لیست گروه Plot ، سرعت (spf) و دما (ht) را انتخاب کنید . |
نتایج
برای کمک به تجزیه و تحلیل نتایج، یک سری انتگرال خطی از شار گرما در سراسر مرزها، در یک گروه ارزیابی ایجاد کنید. اجازه دهید انتگرال های خط در سراسر بخش میانی لوله (در محور r) و سطوح تماس برای منبع گرما و سینک گرما اجرا شوند.
تعادل انرژی
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  Evaluation Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه ارزیابی ، تعادل انرژی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست مجموعه داده ها ، مطالعه 2 – Saturated Wick/Parametric Solutions 2 (sol6) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Transformation را پیدا کنید . تیک Transpose را انتخاب کنید . |
سینک حرارتی
1 | روی Energy Balance کلیک راست کرده و Integration>Line Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام خط ، Heat Sink را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، Heat Sink را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، جزء 1 (comp1)> انتقال حرارت در محیط متخلخل > شارهای مرزی> ht.ndflux – شار گرمای رسانای معمولی – W/m² را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
ht.ndflux | دبلیو | سینک: ndflux |
منبع گرما
1 | روی Heat Sink کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام خط ، منبع حرارت را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، منبع گرما را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
ht.ndflux | دبلیو | منبع: ndflux |
پوشش
1 | روی منبع حرارت کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام خط ، Casing را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست Selection ، Cross Section of Casing را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
ht.ndflux | دبلیو | پوشش: ndflux |
فیتیله
1 | روی Casing کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام خط ، Wick را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست Selection ، Cross Section of Wick را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
ht.ndflux | دبلیو | فتیله: ndflux |
حفره
1 | روی Wick کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام خط ، Cavity را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست Selection ، Cross Section of Cavity را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
ht.ndflux | دبلیو | حفره: ndflux |
w*spf.rho*HeatOfVaporization_water21(T) | دبلیو | حفره: گرمای نهان |
برای بررسی اینکه چگونه تغییر فاز در امتداد فیتیله انرژی حرارتی را منتقل می کند، یک نمودار خطی ایجاد کنید که این شار گرما را در امتداد مرز حفره-فتیله ترسیم می کند.
شار گرمای نهان ناشی از تغییر فاز
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  1D Plot Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، شار گرمای پنهان از تغییر فاز را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی شار گرمای پنهان از تغییر فاز کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ها ، مطالعه 2 – Saturated Wick/Parametric Solutions 2 (sol6) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، Inner Wick Boundary را انتخاب کنید . |
5 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، (u*spf.nr + w*spf.nz)*spf.rho*HeatOfVaporization_water21(T) را تایپ کنید . |
6 | چک باکس Description را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، (<B>u</B>\cdot<B>n</B>)\rho\DELTA H<sub>vap</sub> را تایپ کنید . |
7 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متن عنوان ، شار گرمای پنهان از تغییر فاز را تایپ کنید . |
9 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
10 | در قسمت Expression text، z را تایپ کنید . |
مطالعه 2 – فتیله اشباع
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
تعادل انرژی
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی Energy Balance کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار تعادل انرژی ، روی  ارزیابی کلیک کنید . |
دما، سه بعدی (ht)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Temperature, 3D (ht) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، قسمت عنوان را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن عنوان ، Temperature را تایپ کنید . |
5 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . چک باکس نمایش مقادیر حداکثر و حداقل را انتخاب کنید . |
6 | تیک Show units را انتخاب کنید . |
سطح
1 | در پنجره Model Builder ، گره Temperature, 3D (ht) را گسترش دهید ، سپس روی Surface کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
دما، سه بعدی (ht)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Temperature, 3D (ht) کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار دما، سه بعدی (ht) ، روی  Plot کلیک کنید . |
این شکل 3 از بخش نتایج قبلی است. قابل توجه است که درجه حرارت در سراسر لوله حرارتی یکنواخت است. همچنین حداکثر دما در مقایسه با مورد فتیله خشک که قبلا بررسی شده بود به طور چشمگیری کمتر است.
