Por:
Luis Alonso Betancur Arboleda
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Fecha:
2020
Abstract:
In the present work, theoretical and experimental analysis of the thermal performance of flat plate pulsating heat pipes, made of copper, are presented. The pulsating heat pipes were manufactured using an innovative fabrication process for this application, the diffusion bonding. For this purpose, a special oven was used, available in Labtucal, that provides high temperature, high pressure and high vacuum conditions, which allows the fabrication of monolithic pieces with high reliability. Plates of equal external size were used, in which the internal channels were modified. Different geometries were applied, including the variation of the number of channels for the same overall dimensions (density increase), modifications of the surface finishing (roughness) and addition of lateral grooves at evaporator section. Flat plate pulsating heat pipes were tested under different operating conditions, such as tilt angles, heat input levels, and filling ratios, concluding that higher roughness or grooves at evaporator zone enhance the thermal performance of the devices, as start-up time, thermal resistance and thermal stability. However, the most relevant parameters, to decrease the dependence of the gravity in the operation of the pulsating heat pipe, are the number of channels and the working fluid filling ratios. A mathematical model, based on electrical circuit analogy, is constructed, taking into consideration the activation energy. Model validation was made with the experimental date obtained from the devices developed in this thesis. The model presented a maximum error of 25-30%, at vertical bottom heat mode and vertical top heat mode. The main contributions of this Ph.D. thesis are: the development of modified pulsating heat pipes using effective thermal improvements; the production of a reliable fabrication process compatible with the proposed thermal enhancements and, finally, a model that can be used as a design tool for pulsating heat pipes fabricated from machined plates.
Resumen:
En el presente trabajo, se realiza un análisis teórico y experimental del desempeño térmico de tubos de calor pulsantes de placa plana, fabricados en cobre. Los tubos de calor pulsantes fueron fabricados utilizando un proceso de fabricación innovador para esta aplicación, la difusión vinculación. Para ello se utilizó un horno especial, disponible en Labtucal, que proporciona alta temperatura, alta presión y alto vacío, lo que permite la fabricación de piezas monolíticas de alta confiabilidad. Se utilizaron placas de igual tamaño externo, en las que el Se modificaron los canales internos. Se aplicaron diferentes geometrías, incluyendo la variación de el número de canales para las mismas dimensiones generales (aumento de densidad), modificaciones del acabado superficial (rugosidad) y adición de ranuras laterales en la sección del evaporador. placa plana Los tubos de calor pulsantes se probaron en diferentes condiciones de funcionamiento, como ángulos de inclinación, calor suministrado, relaciones de llenado, concluyendo que una mayor rugosidad o ranuras en la zona del evaporador mejora el rendimiento térmico de los dispositivos, como el tiempo de inicio de operación, la resistencia térmica y la estabilidad de la temperatura. Sin embargo, los parámetros más relevantes, para disminuir la dependencia de la gravedad en el funcionamiento del tubo de calor pulsante, fueron el número de canales y las proporciones del llenado de fluido de trabajo. Se construye un modelo matemático, basado en la analogía del circuito eléctrico, tomando en Consideración la energía de activación. La validación del modelo se realizó con los datos experimentales obtenidos a partir de los dispositivos desarrollados en esta tesis. Las principales contribuciones de este doctorado tesis son: el desarrollo de tubos de calor pulsantes modificados utilizando mejoras térmicasla producción de un proceso de fabricación confiable y un modelo que se puede utilizar como herramienta de diseño.
