Müşteri Hizmetleri 0 232 479 15 50

Tesla Valf Nedir? Tesla Tipi Valf Tasarımı Nasıl yapılır?

Tesla Valf Nedir? Tesla Tipi Valf Tasarımı Nasıl yapılır?


Tesla Valf Nedir?

Titreşimli bir ısı borusuna entegre edilmiş yeni bir Tesla valfi tasarladı.Laminer tek fazlı modelleme ve sabit iki fazlı akış deneyleri gerçekleştirildi. Valf, iki fazlı akışta diyodiklik üretir. Titreşimli ısı borusuna Tesla valfleri eklenerek ısıl direnç azaltılır. Yeni bir Tesla tipi valf, titreşimli bir ısı borusunda (PHP) dolaşımı desteklemek ve termal direnci geliştirmek için başarıyla tasarlanmıştır. İşlevselliği ve diyodikliği, laminer tek fazlı modelleme ve sabit iki fazlı akış deneyleri ile test edilir. Vana simetrik olarak tek turlu bir PHP'ye entegre edilmiştir ve bu, PHP'lerdeki davranışın daha kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlamak için değişkenlikleri azaltır. Biri valfli diğeri valfsiz iki şeffaf alttan ısıtmalı PHP üretilir ve akış davranışı ve termal performans incelenir. Valfler, farklı akış yönleri için% 25'lik bir hız farkına yol açan bir diyodiklik üretti. Ayrıca vanaların eklenmesi ile ısıl dirençte% 14'lük bir azalma gözlenmiştir.

Daha hızlı ve daha küçük mikro elektronik sistemlere olan talep artmaya devam etmekte ve sonuç olarak hacim başına üretilen ısı miktarı artmaktadır. Bu nedenle, yeni verimli soğutma cihazlarına olan ihtiyaç çok fazladır [1]. Isı boruları, bu sorunu çözmek için kullanılabilecek etkili pasif ısı dağıtıcılardır. Kombine konveksiyon ve faz geçişi nedeniyle, yüksek bir ısı alışverişi verimliliği elde edilebilir [2]. Geleneksel ısı borusunun bir dezavantajı, karmaşık bir fitil yapısı gerektirmesi ve kılcal sınır [3] nedeniyle kolayca minyatürleştirilememesidir. Bu nedenle, Akachi tarafından 1990 yılında Titreşimli (veya Salınımlı) Isı Borusu (PHP) adı verilen yeni bir ısı borusu tanıtıldı [4]. PHP'nin temel faydaları, kolayca küçültülebilen, fitil yapısı olmayan çok basit bir şekle sahip olmasıdır. Bu, onu çok ucuz ve entegre edilmesi kolay bir ısı dağıtıcı yapar ve elektronik olmayan birçok uygulama için faydalı olabilir [5].

Bir PHP genellikle Şekil 1'de şematik olarak gösterildiği gibi buharlaştırıcı (ısıtma) ve yoğunlaştırıcı (soğutma) bölgelerinden dönüşümlü olarak geçen basit bir kıvrımlı kılcal boru veya kanaldan oluşur. Kanalın kılcal boyutundan dolayı bir dizi sıvı topak ve buhar tıkacı çalışma sıvısı tarafından oluşturulur. Sabit ısı alışverişi, cihaz içinde basınç değişimlerine neden olan ve sonuç olarak sıvı topakların ve tıkaçların hareketini tetikleyen faz değişimi fenomenini tetikler. Genel ısı transferi esas olarak duyulur ısı transferi tarafından belirlenir ve gizli ısı çoğunlukla sümüklü böceklerin ve tıkaçların hareketine katkıda bulunur [6]. Bir PHP'nin performansı, bu nedenle, sistem boyunca sürekli denge dışı koşullara ve fiziksel olayların karmaşık bir etkileşimine dayanır. Spesifik koşullara bağlı olarak, sıvı sümüklü böcekler durgundur, titreşir, üst üste binen bir titreşimle dolaşır veya tamamen sirküle olur [7], [8]. Ayrıca, akış paterni normal kabarcık-sıvı topak akışından dairesel akışa kadar değişebilir [9]. PHP bilim camiasında büyük ilgi gördü, ancak karmaşıklık ve kaotik davranış nedeniyle tam kapsamlı bir teori veya model yok ve genel tasarım araçları mevcut değil

Çalışma sıvısının dolaşımının PHP'nin [12], [13], [14] daha iyi performansına katkıda bulunduğu bilinmektedir. Buharlaştırıcıdaki sıvı teması, çalışma sıvısı dolaşımdayken artar, bu da ısı transferini artırır. Bu, bir PHP'de [9], [15] dolaşım hareketini teşvik edecek yöntemleri araştırmayı ilginç hale getirir. Ayrıca, yönlü terfi, PHP'nin kararlılığını ve öngörülebilirliğini artırabilir.

Asimetrik ısıtma [16], yüzer bilyeli çek valfler [17], kanal çaplarının bir varyasyonu [9], [18], [19] ve Tesla tipi valfler [20] kullanılarak PHP'lerde dolaşım hareketi indüklenmiştir. Bilimsel bir ilgi olsa da, asimetrik ısıtma kullanarak sirkülasyonu teşvik etmek pratik olarak uygulanamaz. Benzer şekilde, yüzer bilyeli çek valfler kullanmak, PHP'nin faydalarıyla, hareketli bir parçaya sahip olması ve entegre edildiğinde ve / veya minyatürleştirildiğinde üretilmesinin zor olmasıyla çelişir.

Daha pratik bir çözüm, yönlü sirkülasyonu desteklemek için asimetrik akış direncini kullanmaktır. Holley ve Faghri [18], kanal çapını değiştirerek bunu öneren ilk kişilerdi. Bunun, tek dönüşlü bir PHP'de yönlü akışı teorik olarak iyileştirebileceği ve ayrıca ısı transferini iyileştirebileceği kanıtlandı. Bu fenomen, genişleyen bir kanaldaki bir baloncuğun, dengesiz kılcal kuvvetler nedeniyle farklı yönde hareket edeceği gerçeğine atfedildi. Tüp çapı kondansatörde ve buharlaştırıcıda değiştiğinde, yani dönüş başına değişen kanal çaplarına sahip olduğunda, bu etkiden bir dolaşım akışını teşvik etmek için yararlanılır. Kwon ve Kim [19], çeşitli kanal çaplarına sahip birkaç tek dönüşlü kapalı döngü PHP üzerinde deneyler yaptı. Çapların yanı sıra, ısı girişi ve eğim açısı da farklıydı. Çift çapın, daha düşük bir giriş gücünde bir sirkülasyon akışı oluşturmaya yardımcı olduğu ve ısıl dirençte maksimum% 45'lik bir düşüş olduğu sonucuna varıldı. Ayrıca, daha küçük olan borunun akış direncini artırması ve dolayısıyla akışkanın kütle akış oranını düşürmesi nedeniyle optimum bir çap farkının olduğu gösterilmiştir. Liu vd. [9], biri değişen kanal çaplarına sahip olan ve diğeri daha büyük çaplı adyabatik bölümde tek bir bölüme sahip olan dört dönüşlü üç farklı PHP üzerinde deneyler yaptı. Bu değişiklikler hem dolaşım hareketini tetikledi hem de standart PHP'ye kıyasla termal performansı iyileştirdi. Kanal çapındaki bu varyasyonlar dolaşım akışını önemli ölçüde artırabilmesine rağmen, etki büyük ölçüde yer çekimine bağlıdır. Kabarcık hareketi, büyük kanalın daha küçük kanaldan daha fazla buhar içermesine neden olur. Bu, dolaşımdaki akışı destekleyen ana itici güç olan yerçekimi kuvvetinde dengesizliğe neden olur [19]. Bu etkinin, toplam boyut küçüldüğünde ve dönüş sayısı arttığında azaldığına inanılmaktadır [19], [21].

Asimetrik bir akış direnci oluşturmanın ikinci bir seçeneği, akış düzeltme yapılarını veya "hareketli parça içermeyen" pasif valfleri kullanmaktır. Mikro pompalar için çalıştığı kanıtlanan bu valfler, üretilmeleri kolay, dayanıklı olmaları ve partikül içeren sıvıları taşıyabilmeleri nedeniyle mikroakışkanlar alanında büyük ilgi görmüştür [22], [23]. Valfler, akış için bir yönde (ters) diğerinden (ileri) daha yüksek bir basınç düşüşüne sahip yapılardır. Akış direncindeki bu fark, salınımlı akışlarda ileri yönde net bir yönlü akış hızına neden olur. Verimlilik genellikle diyodisite Di ile ifade edilir, aynı akış hızları için basınç düşüşlerinin oranıdır [24] :( 1) Di = ΔprΔpfQ Burada wherepr, ters akış basınç düşüşü ve Δpf akış hızı Q için ileri akış basınç düşüşüdür. [23], [25] bir dizi farklı düzeltme yapısı mevcuttur, ancak Tesla-tipi valf [26] bir PHP'de uygulanacak en umut verici seçenektir. Entegre edilmesi kolaydır, teşvik edilen yönde [27] düşük ek akış direncine sahiptir ve ilave karıştırma etkileri [28] nedeniyle termal verimliliği artırabilir. Tesla tipi vananın akış direncindeki fark, her iki akış yönü için vananın iki ayrı kanalından geçen akışın çoğunluğu için akış yolundaki farktan kaynaklanır [24].

Thompson vd. [20], nötron radyografisi kullanılarak akış görselleştirme için tasarlanmış bir PHP'de Tesla tipi valfleri ilk uygulayanlardır. Altı dönüşlü düz plakalı PHP'nin adyabatik bölümüne sekiz valf uygulandı. Deneysel bir analiz yapıldı ve sonuçlar, dolaşımın istenen yönde ilerletildiğini ve bu ilerlemenin ısı girdisi ile arttığını gösterdi. Dahası, Tesla valfli PHP'nin ısıl direnci standart PHP'den daha düşüktü ve fark, ısı girdisine bağlı olarak% 15-25 civarındaydı. Ek ilginç bir gözlem, termal performanstaki yüzde artışın, her iki ısı borusu arasındaki akış yönündeki yüzde artışla aynı büyüklükte olmasıdır.

Bu Tesla tipi vanaları optimize etmek için, vanadaki iki fazlı akışın davranışının daha iyi anlaşılması gerekir. Yazarların bilgisine göre, Tesla tipi vanalarda iki fazlı akış üzerine kapsamlı bir araştırma bulunmamaktadır. Bu nedenle, bu makale PHP uygulamasına odaklanarak bu konuya daha fazla fikir vermektedir. İşlevselliği tek fazlı bir model ve sabit iki fazlı akış kontrollü bir deney kullanılarak test edilen yeni bir valf tasarımı önerilmiştir. Bir PHP'deki valf performansına ilişkin daha iyi bir fikir edinmek için, sıcaklık ve sıvı hareketinin ölçüldüğü tek dönüşlü düz plaka şeffaf bir PHP'ye simetrik olarak entegre edilmiştir. Değişkenliği azaltmak ve tekrarlanabilir davranış için tek dönüş kullanılır. Bulgular, çok turlu bir PHP [29], [14] için yapı taşları olarak kullanılabilir.

2. Tesla Valf Tasarımı
İki kritere dayalı olarak bir PHP'de uygulama için yeni bir Tesla tipi valf geliştirilmiştir. Girişler ve çıkışlar, bir PHP'ye kolayca entegre edilebilen kompakt bir geometri korunurken hizalanmalı ve teşvik edilen yönde düşük bir basınç düşüşü korurken diyodiklik en üst düzeye çıkarılmalıdır. İkinci kriter, bir PHP'deki hareketin basınç farklarıyla ilgili olduğu gerçeğine dayanır. Bu nedenle, desteklenen yönde minimum dirence sahipken bir diyodiklik üretilmelidir. Bu kriterlere ve Bardell [24] tarafından önerilen genel kapak tasarım kılavuzlarına dayanarak, Şekil 2'de gösterilen tasarım taslak haline getirilmiştir. D valfi olarak adlandırılan bu tasarımın boyutları Şekil 2A'da gösterilmiş ve Tablo 1'de verilmiştir. Valfin sol kanalı yan kanal ve sağ ana kanal olarak anılır. Şekil 2B'de gri alanlarla gösterilen kanal bağlantıları J1 ve J2 kavşakları olarak anılır. Diyodikliği iyileştirmek için ana kurallar, yan kanalın bağlantı 2'deki ana kanalla hizalanması gerektiğidir, böylece ters akış için önemli miktarda akış yan kanala girer ve yan kanalın ana kanal ile açısının bağlantı 1 yüksek. Mevcut tasarım, bu kılavuzlar ve yukarıda belirtilen kriterler arasında bir değiş tokuş olmakla birlikte, tam olarak optimize edilmemiştir.

Fig. 2. D-valf tasarımı. Panel A'da, Tablo 1'de verilen tasarım boyutları belirtilmiştir. Panel B'de ileri ve geri akış yönleri gösterilir ve kanal bağlantıları 1 ve 2 (J1, J2) gri alanlarla gösterilir. Ayrıca, giriş ve çıkış sınırları ve basınç değerlendirme hatları sırasıyla G / Ç ve P1 ve P2 ile gösterilir.

Table 1. D-valf boyutları milimetre cinsinden.

Parameter Value in mm
W 2
L1 10
L2 2
L3 8.75
L4 7.85
L5 24.65
L6 50
R Radius 22
a Radius 2.5 (Angle α = 33°)
b Radius 4 (Angle β = 243.5°)
e Radius 2 (Angle ∊∊ = 75°)

2.1. Tek fazlı model açıklaması
D-valfın işleyişini doğrulamak için COMSOL [30] ile laminer tek fazlı bir model yapılmıştır. Sayısal çalışmanın amacının, PHP tipi bir akışta valf performansını modellemek değil, yalnızca tek fazlı bir akışta verimliliğini araştırmak olduğu unutulmamalıdır. Doğru bir üç boyutlu modelin yüksek hesaplama maliyetleri nedeniyle, ağ bağımlılığını doğrulamak ve literatürdeki diğer Tesla tipi valf tasarımlarıyla bir karşılaştırma yapmak için iki boyutlu bir model kullanılır. Çeşitli yazarlar, iki boyutlu bir modelin, üç boyutlu bir modele kıyasla diyodikliği olduğundan fazla tahmin ettiğini, ancak 2D simülasyonların vananın işleyişine dair iyi bir gösterge sağladığını bu nedenle geometrik varyasyonları karşılaştırmak için kullanışlı hale getirdiğini belirtmektedir [22], [31], [32], [33]. Valf bir kare kanal geometrisi olarak uygulanacağından, gerçek diyodikliği hesaplamak için benzer ağ ayarları kullanılarak bir 3D model de yapılır. Bu modelin sonuçları, 2B ve 3B model arasındaki diyodiklikteki benzerlik ve farklılıkları göstermek için kullanılır ve deneysel sonuçlarla karşılaştırmak için kullanılabilir. Simülasyonlar için kullanılan çalışma sıvısı 20 ° C'deki sudur. Akışın sıkıştırılamaz olduğu varsayılır ve diyodikliği, yani verimliliği belirlemek için geçici etkiler ihmal edilebilir [24]. Ayrıca izotermal koşullar dikkate alınır, böylece yerçekimi etkileri göz ardı edilebilir. Bu nedenle, aşağıdaki Navier-Stokes ve süreklilik denklemleri model ile çözülür: (2) ρ (u · ∇) u = ∇ · [-pI + μ (∇u + (∇u) T)] (3) ρ∇ · (u) = 0

Şekil 2'de gösterilen geometri, büyük hız gradyanlarının beklendiği yerlerde, yani kanal bağlantılarının ve duvarların yakınında, ağın rafine edilmesiyle serbest tetrahedral bir ağ ile birbirine geçmiştir. Mesh bağımsızlığı, Gamboa ve ark. İle aynı kriterler kullanılarak 2D model ile doğrulanmıştır. [31], yani bir kaba ağdan başlayarak çözelti% 4'ten az değişene kadar eleman sayısını ikiye katlayarak. Bu, 2D model için 44.000 öğeden ve 3D model için 1260.000 öğeden oluşan bir ağ ile sonuçlandı.

Bir dizi Reynolds sayısı için ileri ve geri akış durumu incelenmiştir. Reynolds sayısı, ρ sıvı yoğunluğu, Dhyd hidrolik kanal çapı, u karakteristik sıvı hızı ve μ sıvı viskozitesi ile Re≡ρDhydu / μ olarak tanımlanır. Bir PHP'deki sıvı sümüklüböceklerin Re değeri 102 ila 103 arasında olabilir [29], ancak Thompson ve ark. [32], geçiş akış davranışının Re≳300 için 3D Tesla tipi bir vanada mevcut olabileceğini göstermektedir. Bu nedenle, modellenen Re aralığı, modelin yakınsaması, yani saf laminer akışın mevcut olduğu kısım tarafından belirlenir. İleri akışta, Şekil 2'de I / O ile gösterilen, alt sınır giriş ve çıkış olarak üst sınır ayarlanır. Bu, ters akış için diğer yoldur. Girişte, tam gelişmiş bir giriş akışına [34] sahip olmak için bir giriş uzunluğu kullanılarak bir laminer akış koşulu uygulanır :( 4) l = 0.056 · Dhyd · Reinwhere Rein, ortalama giriş hızı ve hidrolik çapa dayalı Reynolds sayısıdır. Çıkışta sıfır basınç koşulu uygulanır. Diğer sınırlar (Şekil 2'deki düz siyah çizgiler) kaymaz sınır koşuluna sahiptir. Problemin simetrisi, 3B modelin ek simetri düzlemine ve alt sınırına sırasıyla simetri ve kaymasız sınır koşulu uygulanarak kullanılır. Bu nedenle, 2 mm'lik bir hidrolik çapa karşılık gelen sadece 1 mm derinliğinde bir geometri çözülmelidir ve bu da hesaplama süresinden tasarruf sağlar. 2D model için doğrudan bir PARDISO çözücü ve 3D model için yinelemeli bir GMRES çözücü kullanılır. Bağıl tolerans 10-3'tür. Her yöndeki basınç düşüşü, Şekil 2B'de P1 ve P2 ile gösterilen değerlendirme hatları / yüzeylerindeki ortalama basınç değerlendirilerek hesaplanır. Her akış yönü için basınç düşüşünün hesaplanması ve bu sonuçların, karşılık gelen Reynolds sayısı için diyodiklikte bölünmesi.

2.2. Tesla Valf özellikleri
Re = 200 için her iki yönde 2D model tarafından elde edilen, gri ölçekte çizilen hız büyüklüğünün yüzey grafiği Şekil 3'te gösterilmektedir. Ters akış solda ve sağda ileri gösterilmektedir. Ayrıca, düzgün bir şekilde konumlandırılmış akış çizgileri ve oklarla gösterilen dört çizgi üzerindeki hız alanı da çizilmiştir. Belirtildiği gibi, Tesla tipi bir vananın çalışma prensibi, her iki akış yönü arasındaki akış dağılımındaki farklılığa dayanır ve bu, aynı giriş akış hızı için basınç düşüşünde bir farka neden olur. Basınç düşüşü her iki yön için aynı olduğunda, bu, akış hızında bir farka neden olacaktır. Şekil 3'te görülebileceği gibi, ileri durumda akışın% 83'ü ana kanaldan geçerken, ters durumda% 55'i ana kanaldan geçer. Dağılımdaki bu fark, akışın ataletine bağlıdır ve bu nedenle doğal olarak Re ile artar. Yan kanaldan geçen akış aşağıya doğru yönlendirilmelidir, bu da önemli bir basınç çalışması gerektirir. Ana kanal akışı ile birleştirildiğinde, bağlantı 2'de yüksek bir kesme bölgesi de oluşturur. Laminer aralık için bunlar, Tesla tipi bir valfte [24] ana diyodiklik kaynaklarıdır..

Fig. 3.

2D-model ile hesaplanan, ileri akış sağ ve sol ters akışta hız büyüklüğünün gri ölçekli yüzey grafiği. Düzgün yerleştirilmiş akış çizgileri ve oklarla gösterilen dört çizgi üzerindeki hız alanı da çizilir. Gri ölçek aralığı ve oklar her iki yön için orantılıdır. Ayrıca, değerlendirme hatları arasında oluşan basınç farklılıkları belirtilir. Ortalama giriş hızı Re = 200'e karşılık gelen 0,1 m / s'dir.

Şekil 3'te gösterildiği gibi, öndeki durum için yan kanalda küçük bir ayrılmış fıskiye ile sonuçlanan net bir resirkülasyon bölgesi mevcuttur. Bu jet, 3D'de daha belirgin olduğunu gösteriyor. 2D ileri durum, Re> 650 için birleşmezken, ters durum hala yakınsamaktadır. Re> 200 için yakınlaşmayan 3D modelin sadece ileri durumuyla, bu fenomenin, laminer modelin yakınsamasına neden olan geçiş akışı davranışına yol açtığına inanılmaktadır. 2D ve 3D modelin Re = 200'e kadar diyodikliği Şekil 4'te gösterilmekte olup, sonsuz derinlikte ve kare kanal arasındaki farkı göstermektedir.

Fig. 4.

D valf tasarımı için 2D ve 3D model tarafından hesaplanan Reynolds sayısına karşı tek fazlı diyodisitenin grafiği.

Geliştirilen vananın performansını doğrulamak için diğer birkaç vana tasarımının geometrik değerleri literatürden kopyalanır, aynı kanal boyutuna ölçeklenir ve 2D modelde uygulanır. Valflerin ölçeklendirilmesinin Reynolds sayısı ile tek fazlı laminer akışta diyodik performans arasındaki ilişki üzerinde hiçbir etkisi yoktur [27]. Tüm tasarımlar için aynı giriş uzunluğu (Şekil 2A'da L1) ve basınç değerlendirme mesafesi (Şekil 2A'da L2) kullanılır. Mikro pompa uygulaması için kullanılan normal Tesla valfleri ile PHP uygulaması için Tesla valfleri arasında bir ayrım yapılabilir. Girişlerin hizalamasının valf geometrisine entegrasyonu, valfın maksimum diyodik potansiyelini azaltır. Farklı tasarımların hesaplanan tek fazlı diyodikliği, açıklamada belirtilen valf tasarımları ile Şekil 5'te gösterilmektedir. Mikro pompa valfleri, geleneksel T45A valfi (kare işaretli) [24], T45C valfi (yıldız işareti) [24] ve GMF valfidir (daire işaretleyici) [31]. T45C valf ve GMF valfi, Bardell [24] tarafından yapılan iyileştirmelerin ve Gamboa ve ark. Tarafından gerçekleştirilen bir optimizasyon çalışmasının sonucudur. [31] sırasıyla geleneksel Tesla valfi üzerinde. Dördüncü tasarım (üçgen işaretleyici), Thompson ve diğerleri tarafından bir PHP'de zaten uygulanmış olan tasarımdır. [20] TMW valfi olarak anılır. TMW valfi yalnızca Re≤250 için birleşti. Bununla birlikte, TMW valfini, her ikisi de PHP uygulaması için tasarlanmış önerilen yeni D-valf ile karşılaştırırken, D-valf tasarımının TMW tasarımından daha yüksek bir diyodiklik ürettiği açıkça gözlemlenebilir. Giriş ve çıkış hizalaması ve farklı tasarımlar arasındaki yol uzunluğundaki farklılık nedeniyle, daha iyi bir verimlilik karşılaştırması, Şekil 6'da gösterilen ters ve ileri akış arasındaki mutlak basınç farkına dayanmaktadır. Bu, önerilen D- vana tasarımı, T45C vanasına yakın bir mutlak basınç farkına sahip, düzgün performans gösteren bir Tesla tipi vanadır ve bu, özellikle giriş ve çıkışların hizalanmasının tasarıma dahil edilmesi açısından çok ümit vericidir. GMF valf sonuçları, geliştirilen geometri üzerinde hala gerçekleştirilebilecek tam bir geometrik optimizasyon potansiyelini göstermektedir.

Fig. 5. Yukarıdan açıklamada belirtildiği gibi GMF [31], T45C [24], önerilen D, T45A [24] ve TMW [20] valfi için 2D model ile hesaplanan Reynolds sayısına karşı tek fazlı diyodisitenin grafiği sırasıyla alt.

Fig. 6.

GMF [31], T45C [24], önerilen D, T45A [24] ve TMW [20] valfi için 2D model ile hesaplanan Reynolds sayısına karşı ileri ve geri akış arasındaki mutlak tek fazlı basınç farkının grafiği belirtildiği gibi efsanede yukarıdan aşağıya doğru.

Tek fazlı modelleme, geliştirilen vananın tek fazlı akışta temel işleyişini göstermektedir. Dahası, literatürdeki diğer Tesla tipi valflerle yapılan karşılaştırma, yeni tasarımın bir PHP'ye kolayca entegre edilebilen tek fazlı akışta düzgün çalışan bir Tesla valfi olduğunu gösterdi. Bununla birlikte, vananın son uygulaması, ısı transferi ile iki fazlı bir akışta olacaktır. Bu akışın modellenmesi çok karmaşık ve zaman alıcıdır, bu nedenle deneysel olarak incelenmek üzere seçilmiştir.

3. Deneysel kurulum ve prosedür
PHP tipi akışta D valfinin operasyonel özelliklerini belirlemek için iki deney gerçekleştirilir. İlk olarak, "iki fazlı deney" ile valf boyunca sabit bir sıvı-gaz ​​sümüksü-tapa akışı incelenmiştir. İkinci olarak, valf, valflerin diyodik performansının ve PHP'nin hareket bileşimi ve termal performansı üzerindeki etkilerinin incelendiği tek turlu bir PHP'ye entegre edilmiştir.

3.1. İki aşamalı deney
Yazarların bilgisine göre, iki fazlı akışta bir Tesla valfinin işleyişi hakkında hiçbir araştırma yapılmamıştır. Bunu incelemek için, D valfinden sabit bir sıvı-gaz ​​akışının gözlemlenebildiği bir test cihazı geliştirilmiştir. Bu deneyin amacı, vananın iki fazlı akıştaki davranışını belirlemek ve diyodikliğin üretilip üretilmediğini doğrulamaktır. Test cihazı şematik olarak Şekil 7'de gösterilmektedir. İki adet 140 × 40 mm2 şeffaf PMMA plakasından oluşmaktadır. Şekil 7'de kesikli çizgi deseni ile gösterilen 2 mm derinliğinde kare bir kanal 4 mm kalınlığındaki alt plakaya frezelenmiştir. Kanal kesiti, su dolu PHP'ler için yaygın olarak kullanılan bir hidrolik çapla ilgilidir [11]. Yüzey gerilimi kuvvetlerinin vücut kuvvetleri üzerindeki önemi için boyutsuz bir sayı özelliği olan Bond numarasıyla ilgili olarak, bu hidrolik çap, suyun doğal olarak sıvı sümüklü böcek ve buhar tapaları oluşturmasına yetecek kadar küçüktür. Bu PHP'nin işlevsel olması için gereklidir ve aşağıdakiler tarafından yönetilir: (5) Dhyd⩽2γg (ρl-ρv) burada γ yüzey gerilimi, g yerçekimi sabiti, ρl sıvı yoğunluğu ve ρv çalışma sıvısının buhar yoğunluğudur. [10], [35].

Fig. 7. İki fazlı test cihazının şematik görüntüsü. Belirtilen boyutlar milimetre cinsindendir ve valflerin boyutları Şekil 2'dekilerle aynıdır. Kesikli çizgi deseni, 4 mm kalınlığındaki alt plakaya frezelenen 2 mm derinliğindeki kanal geometrisini temsil eder. IL, IG, O1 ve O2, sırasıyla 1 mm kalınlığındaki üst plakadaki delikler olan sıvı girişini, gaz girişini, çıkışı bir ve iki çıkışı gösterir. F1 ve F2, sırasıyla ileri ve geri akışta kabarcık hızını hesaplamak için kullanılan kameranın görüş alanını belirtir. Bu kurulumla yaratılan akış tipi, değişken sıvı sümüklü böcek (koyu gri) ve gaz tıkacı (beyaz) akışı, ilk dolambaçlı kanalda açıklayıcı olarak gösterilmiştir. Yerçekimi, cihaz XY düzleminde iken negatif Z yönünde yönlendirilir.

Sıvı girişi (IL), gaz girişi (IG), çıkış bir (O1) ve çıkış iki (O2) için delikler, bir lazer kesici kullanılarak 1 mm kalınlığında üst plaka yapılır. Kesik çizgili desen kesikli çift taraflı yapışkan bant (kalınlık 0,1 mm), iki plakayı birbirine yapıştırmak için kullanılır.

Çalışma sıvısı, 125: 1 oranının aksine mavi gıda boyası (BPOM RI MD. 263109077128) ile suyla boyanmıştır. Çalışma gazı olarak ortam havası kullanılır. Hem çalışma sıvısı hem de gaz 22 ° C'lik bir sıcaklığa sahipti. Su ve hava, 50 ml şırıngalar kullanılarak bir şırınga pompası (Nexus 3000) ile girişlere 1: 1 hacim oranında aynı anda pompalanır. Böylelikle, Şekil 7'de açıklandığı gibi 2 ve 3 mm arasındaki sümüklü böcek ve tıpa uzunlukları ile mükemmel bir tıkaç-tıkaç alternatif akışı yaratılır. Cihazın toplam akış direncini artırarak akıştaki dalgalanmaları azaltmak için ilk kıvrımlı kanal eklenir. . İki çıkıştan birinin kapatılmasıyla, vanadaki akış yönü seçilebilir. Hızlı bir şekilde kararlı durum akışına ulaşmak ve ilk dağıtımın etkisini azaltmak için, cihaz önce kısa bir süre yüksek bir akış hızıyla yıkanır, ardından akış hızı anında gerekli değere düşürülür. Şırıngadaki havanın sıkıştırılabilirliğinden dolayı kısa bir ayarlama süresi vardır ve bu sürenin sonunda bu akış hızı için kararlı durum çözümü oluşturulur. Daha sonra, 16 mm F1.6 TV lensli bir kamera (DFK 23UP031) kullanılarak, akış saniyede 700 kare kare hızında 9 saniye süreyle kaydedilir. Her akış hızı için iki tekrar yapıldı. İleri (F1) ve geri (F2) akış için görüş alanı, Şekil 7'de gri dikdörtgenlerle gösterilmektedir. Ayrıca, tam akış davranışını gözlemlemek için, toplam vanaların birkaç filmi de 160 kare kare hızıyla elde edilmiştir. 9 s için saniyede. Cihaz yatay pozisyonda, yani cihaza dik olan yerçekimi alanı ile test edilir.

3.2. PHP deneyi 3.2. PHP deneyi

İki fazlı test cihazının yanında, polikarbonattan (PC) yapılmış tek dönüşlü bir PHP geliştirildi. PC, iyi optik şeffaflık, tokluk ve termal özellikler için kullanılır. Su, PC ile uyumluluk için çalışma sıvısı olarak kullanılır. Şekil 8'de gösterilen iki PHP üretildi. Sola Normal PHP (N-PHP) ve sağ tarafa Tesla-Valve PHP (TV-PHP) denir, tek fark eklenen vanalardır. PHP'ler alttan ısıtmalı, yani evaporatör yerçekimine göre kondansatörün altına yerleştirilmiştir, bu optimum işlevsellik açısından en iyi ısı modu [10], [13]. Daha ideal olarak PHP, yerçekiminin etkisini göz ardı etmek için yatay konfigürasyonda test edilecektir. Ancak Khandekar ve Groll [14] ve Khandekar ve ark. [29], tek dönüşlü bir PHP'nin yatay yönde çalışmadığını belirtti. Vanalar, ısıtma ve soğutma alanında farklar olmaksızın, vananın akışkan hareketi üzerindeki etkisini tamamen test etmek için simetrik olarak düzenlenmiştir. Cihazlar iki adet 4 × 60 × 135,5 mm3 PC plakadan oluşmaktadır. Arka plakada 2 mm genişliğinde üç kanal frezelenerek iç ve dış kanallara (1,7 mm derinliğinde) O-ringler (Eriks FKM 75 × 2 mm, 90 × 2 mm) yerleştirilir. Akışkan kanalı 2x2 mm2'lik bir kesite sahiptir.

Fig. 8. Illustrative image of both PHPs with left the Normal PHP (N-PHP) and right the Tesla-valve PHP (TV-PHP). The sizes are in millimetres and T1 and T2 indicate the thermocouple locations. Furthermore, the evaporator section (dark grey), the adiabatic section and the condenser section (light grey) are indicated.

5. Sonuçlar

Yeni bir Tesla tipi pasif valf, bir PHP'de uygulanmak üzere başarıyla tasarlanmıştır. Laminer tek fazlı modelleme, önerilen valf geometrisinin literatürdeki diğer tasarımlara kıyasla uygun bir Tesla tipi valf olarak işlev gördüğünü ve daha düşük Reynolds sayılarında da önemli diyodiklik ürettiğini ortaya koydu. İki fazlı akış davranışını doğrulamak için valf boyunca sabit bir sümüksü-tıpa akışı optik olarak incelenir. İleri ve geri hacimsel akış dağılımı arasında büyük bir fark gözlendi. Ayrıca, ters akış için valf kanalları arasında hava-su oranının yeniden dağılımı gözlenirken, ileri akışta aynı kaldı. İleri ve geri akış arasındaki her iki valf kanalındaki kütle dağılımındaki büyük fark, diyodikliğin iki fazlı akışta üretildiğini gösterir.

Vana, ısı transferi ve akış davranışı üzerindeki etkisini incelemek için tek turlu şeffaf alttan ısıtmalı bir PHP'de uygulanmıştır. Valf, farklı akış yönleri için hızda% 25'lik bir farkla sonuçlanan diyodiklik üretti. Bu boyutlardaki bir PHP'deki akış üzerindeki yerçekimi etkisine bağlı olarak, simetrik olarak yerleştirilmiş valflerin diyodikliği, yaklaşık 2 kat daha dirençli yönde dolaşımın artmasına neden oldu. Valflerin eklenmesi, bir azalma ile sonuçlandı. valfsiz özdeş bir PHP ile karşılaştırıldığında yaklaşık% 14 termal direnç.

Geliştirilen deneysel kurulumlar ve prosedürlerin, iki fazlı akışı Tesla tipi bir valfte ısı transferi fenomeni ile incelemek için etkili ve düşük maliyetli araçlar olduğu gösterilmiştir. Önerilen valf, PHP'nin termal performansını iyileştirdiğini, diyodiklik ürettiğini ve tercihli hareket oluşturduğunu gösterdi. Bununla birlikte, yerçekimine bağlı bir PHP'de uygulandığında, valf yerleşimi, valflerin istenen yönde dolaşımı teşvik eden yerçekimi farkları oluşturacak şekilde olmalıdır. PHP'nin kanal boyutunun küçültülmesi, diyodik kaynaklı basınç farklılıklarının yerçekimi basınç farklarına göre göreceli önemini artırır. Bu çalışma, titreşimli ısı borularının ısıl performansını artırabilecek özelliklerin dahil edilebileceğini ve Tesla vanalarının titreşimli ısı borularında dolaşımı teşvik etmek için uygun bir seçenek olarak değerlendirilmesi gerektiğini göstermektedir.

Kaynaklar;