Developing a Model of Condensation under Zero- and Nonzero-Gravity Conditions for Miniature Loop Heat Pipes

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A physico-mathematical model of condensation in an annular flow regime, in which the gravity force influence is negligibly low, is developed. The condensation model is based on the calculation of frictional pressure drop using the technique developed by L. Sun and K.A. Mishima for minichannels. The model takes into account the pressure recovery due to a slowdown of vapor velocity. It is assumed that condensate moves in the form of laminar film with its velocity distributed according to the Hagen–Poiseuille law. Proceeding from this assumption, the film thickness and void fraction are calculated. For the Earth-normal gravity conditions, a method is developed for matching the annular flow model with the model of stratified flow, which can take place in the condensation end section if the vapor velocity slows down and the gravity force becomes dominating. Owing to this, the predicted values of the average heat transfer coefficient and condensation section length are in good agreement with the experimental results obtained in a miniature ammonia loop heat pipe in a climatic chamber.

About the authors

A. A. Velikanov

JSC State Scientific Center of the Russian Federation Keldysh Research Center

Email: velikanov_a@bk.ru
125438, Moscow, Russia

D. N. Il’mov

JSC State Scientific Center of the Russian Federation Keldysh Research Center

Email: ilmovdn@mail.ru
125438, Moscow, Russia

S. B. Kudryakov

JSC State Scientific Center of the Russian Federation Keldysh Research Center

Email: kudryakov@kerc.msk.ru
125438, Moscow, Russia

O. A. Nagornova

JSC State Scientific Center of the Russian Federation Keldysh Research Center

Email: sobolev@kerc.msk.ru
125438, Moscow, Russia

V. V. Sobolev

JSC State Scientific Center of the Russian Federation Keldysh Research Center

Author for correspondence.
Email: sobolev@kerc.msk.ru
125438, Moscow, Russia

References

  1. Майданик Ю.Ф., Ферштатер Ф.Г., Пастухов В.Г. Контурные тепловые трубы: разработка, исследование, элементы инженерного расчета. Свердловск: УрО АН СССР, 1989. 52 с.
  2. Справочник по теплообменникам. В 2-х т. Т. 1 / Пер. с англ. Под ред. Петухова Б.С., Шикова В.К. М.: Энергоатомиздат, 1987. 560 с.
  3. Guohui Zhou, Ji Li. Two-phase Flow Characteristics of a High Performance Loop Heat Pipe with Flat Evaporator under Gravity // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 117. P. 1063.
  4. Kaifen Yan, Nanxi Li, Runze Zhao et al. Visualization Study on the Condensation in a Propylene Loop Heat Pipe Operating at Condenser Temperatures between 153 and 283 K // Appl. Thermal Eng. 2021. V. 185. 116349.
  5. Dobson M.K., Chato J.C. Condensation in Smooth Horizontal Tubes // Heat Transfer. 1998. V. 120. P. 193.
  6. Akers W.W., Deans H.A., Crosser O.K. Condensing Heat Transfer within Horizontal Tubes // Chem. Eng. Prog. Symp. Ser. 1959. V. 55. P. 171.
  7. Chernysheva M.A., Vershinin S.V., Maydanik Yu.F. Heat Transfer During Condensation of Moving Steam in a Narrow Channel // Int. J. Heat Mass Transfer. 2009. V. 52. P. 2437.
  8. Cavallini A., Zecchin R. Heat Transfer and Pressure Drop in Forced Convection Condensation Inside Tubes // Proc. I.I.R. Joint Meeting of Commissions B1 and B2. Freudenstadt, Germany, 1972. P. 139.
  9. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергия, 1975. С. 263.
  10. Shah M.M. A General Correlation for Heat Transfer During Film Condensation Inside Pipes // Int. J. Heat Mass Transfer. 1979. V. 22. P. 547.
  11. Mishkinis D., Ochterbeck J.M. Analysis of Tubeside Condensation in Microgravity and Earth-normal Gravity // Proc. 5th Minsk Int. Seminar ‘‘Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators”, Minsk, Belarus, 2003. P. 36.
  12. Буз В.Н., Горин В.В., Гоголь Н.И. Моделирование полной конденсации пара внутри трубы // IV Рос. нац. конф. по теплообмену. 2006. С. 57.
  13. Ховалыг Д., Бараненко А.В. Методы расчета градиента давления двухфазного потока при течении в малых каналах // Вестник Международной академии холода. 2012. № 1. С. 3.
  14. Sun L., Mishima K.A. Evaluation Analysis of Prediction Methods for Two-phase Flow Pressure Drop in Mini-channels // Int. J. Multiphase Flow. 2009. V. 35. № 1. P. 47.
  15. Попов Д.Н., Панаиотти С.С., Рябинин М.В. Гидромеханика. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 383 с.
  16. Butterworth D. Simplified Methods for Condensation on a Vertical Surface with Vapour Shear. UKAEA Rept. AERE-R9683, 1981.
  17. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Машгиз, 1962. 460 с.
  18. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.
  19. Chato J.C. Laminar Condensation Inside Horizontal and Inclined Tubes // ASHRAE J. 1962. V. 4. № 2. P. 52.
  20. Jaster H., Kosky P.G. Condensation Heat Transfer in a Mixed Flow Regime // Int. J. Heat Mass Transfer. 1976. V. 19. P. 95.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (143KB)
3.

Download (49KB)
4.

Download (139KB)
5.

Download (134KB)
6.

Download (64KB)
7.

Download (86KB)
8.

Download (74KB)

Copyright (c) 2023 А.А. Великанов, Д.Н. Ильмов, С.Б. Кудряков, О.А. Нагорнова, В.В. Соболев

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».