การสร้างและทดลองสมรรถนะเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบฮีทไปป์ และพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์สำหรับคำนวณออกแบบ

Fabrication & performance test of Heat-Pipe heat exchanger and development of its computer design program

Name: พิชัย ตั้งสถาพรพาณิชย์

ThaSH: เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

ThaSH: ฮีทไปป์

ThaSH: ความร้อน -- การถ่ายเท

Abstract: โครงการวิจัยนี้ศึกษากรรมวิธีสร้างท่อฮีทไปป์แบบไร้วิกค์ขึ้นเองในห้องทดลอง โดยมุ่งเน้นกรรมวิธีที่เอื้ออำนวยการสร้างฮีทไปป์ไร้วิกค์จำนวนมากในเวลาสั้น (mass production) กรรมวิธีที่พัฒนาขึ้นนี้ให้ความร้อนต่อท่อฮีทไปป์ไร้วิกค์โดยใช้ออยบาธ (oil bath) ฮีทไปป์ไร้วิกค์ที่สร้างขึ้นเป็นท่อแก้วแข็ง เส้นผ่าศูนย์กลางภายในและภายนอกเป็น 8 และ 10 ม.ม. ตามลำดับ และความยาว 37 ซม.  1 ซม. ของไหลใช้งานเป็นน้ำบริสุทธิ์ อุณหภูมิของออยบาธตั้งไว้คงที่ที่ 125 C ได้ทดลองสร้างขึ้น 2 งวดทั้งหมดประมาณ 500 แท่ง จากผลการทดสอบปรากฏว่าใช้งานได้ร้อยละ 70 ส่วนเวลาที่ใช้ในการผลิตฮีทไปป์ไร้วิกค์เฉลี่ยแล้วประมาณ 3 คน-ชม./แท่ง นอกจากนี้ได้คิดหาพัฒนาทดสอบสมรรถนะขั้นต้นของแท่งฮีทไปป์โดยใช้ออยบาธที่อุณหภูมิคงที่ 90C และเทปวัดอุณหภูมิชนิด 70 C ในการจับเวลาตอบสนองของฮีทไปป์ที่ได้ ในการทดสอบสมรรถนะการถ่ายเทความร้อนที่สภาวะคงที่ ได้เปลี่ยนมุมของแท่งฮีทไปป์ที่ 5, 25, 40, 70 และ 90 องศา พบว่าที่มุม 70 องศา ให้อัตราการถ่ายเทความร้อนสูงสุด เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบฮีทไปป์ที่ทดลองสร้างขึ้นมีทั้งหมด 2 เครื่อง เครื่องแรกมีจำนวนฮีทไปป์ 27 แท่ง จากนั้นได้ออกแบบปรับปรุงและสร้างเครื่องต้นแบบซึ่งมีฮีทไปป์ 240 แท่ง ในการทดสอบสมรรถนะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบฮีทไปป์ทั้ง 2 เครื่อง ได้ศึกษาการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างของไหลร้อนและเย็นซึ่งเป็นน้ำทั้งคู่ ในการทดลองสมรรถนะของเครื่องต้นแบบได้เปลี่ยนแปลงมุมของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ 5, 25, 40, 70 และ 90 องศา และพบว่ามุม 90 องศาให้อัตราการถ่ายเทความร้อนที่ดีที่สุด นอกจากนี้ได้ทดลองเปลี่ยนอัตราไหลของน้ำในเครื่องที่ 4, 7, 10, 13 และ 16 ลิตรต่อนาที และพบว่าที่อัตราความเร็วสูงอัตราการถ่ายเทความร้อนจะสูงขึ้นด้วย อนึ่ง อัตราไหลภายในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนต่ำ ทำให้เกิดการกระจายอุณหภูมิภายในเครื่องเป็นชั้น ๆ ในแนวดิ่งซึ่งมีความซับซ้อนมาก และพบว่าความต้านทานการถ่ายเทความร้อนของฟิล์มชั้นนอกมีค่าสูงสุด จึงเป็นตัวกำหนดอัตราการถ่ายเทความร้อนของเครื่อง ค่า UA เฉลี่ยที่ได้จากการทดสอบมีค่าประมาณ 0.12-0.43 Watt/ C/ แท่งฮีทไปป์ และอัตราการถ่ายเทความร้อนเฉลี่ยเท่ากับ 3-16 Watt/แท่งฮีทไปป์ ซึ่งยังต่ำกว่าขีดจำกัดสูงสุดในเชิงทฤษฎีมาก 270-570 Watt ที่อุณหภูมิ 30-80 C การคำนวณสมรรถนะของฮีทไปป์ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนได้ใช้ทฤษฎีของการเดือด และทฤษฎีฟิล์มของนัสเซลท์มาคำนวณ และได้เขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์สำหรับคำนวณออกแบบ

Abstract: The present research investigated the fabrication method of wickless heat pipes in the laboratory with emphasis on one that would lend itself to mass production of wickless heat pipes. The developed method used an oil bath to provide heat to the wickless heat pipes. The wickless heat pipes were made of pyrex glass (inner and outer diameters 8 and 10 mm and length 37 cm  1 cm). The working fluid was pure water, and the temperature of the oil bath was kept constant at 125 C. Two batches of heat pipes, totaling about 500, were manufactured. From the test results it was found that 70% of the total number had acceptable performance. On the average it took about 3 man-hours to make one wickless heat pipe. In addition a preliminary performance test method was developed to classify the newly fabricated heat pipes. The method employed a constant-temperature oil baht at 90 C and 70 C temperature-sensitive tapes to measure the response time (heating time) of each heat pipe. From testing the steady-state heat transfer performance at varions tilt angles (5, 25, 40, 70 and 90 degrees) it was found that the 70-degree tilt angle gave the highest heat transfer rate. In all two heat-pipe heat exchangers were designed and constructed. The first one had 27 head pipes. After some design improvement, an actual prototype containing 240 heat pipes was constructed. In testing the performance of both heat pipe heat exchangers, heat exchange between hot and cold fluids, both water, was carried out. In the performance test of the prototype the tilt angle of the exchanger was varied (5, 25, 40, 70 and 90 degrees) and it was found that the 90 degree tilt angle yielded the highest heat transfer rate. Furthermore, the flow rates of hot and cold water in the performance test were varied (4, 7, 10, 13 and 16 liters/min) and it was found that the higher the flow rates, the better the observe heat transfer rate. By the way, the flow rates in the exchanger were quite slow, and caused temperature distribution in the vertical direction (thermal stratification), thus resulting in high complexity. In addition it was found that the outside film resistance to heat transfer was highest and thus limited the heat transfer rate of the exchanger. The average values of UA obtained from the tests were approximately 0.12-0.43 Watt/ C/ heat pipe and the average heat transfer rates were 3-16 Watt/ heat pipe, which were considerably lower than the theoretical heat transfer limit of such wickless heat pipes (270-570 Watt at 30-80 C). The heat transfer performance of heat pipes within the exchanger was calculated using the theory of pool boiling and of Nusselt film. A computer program for design calculation was also developed.

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สำนักงานวิทยทรัพยากร

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: วิวัฒน์ ตัณฑะพานิชกุล

Role: ที่ปรึกษา

Created: 2529

Modified: 2561-02-22

Issued: 2561-02-22

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

ISBN: 9745673161

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/29126

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเคมี

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Pichai_ta_front[1].pdf	8.38 MB	1	2022-05-29 11:38:48
2	Pichai_ta_ch1[1].pdf	7.72 MB	1	2022-05-29 11:38:53
3	Pichai_ta_ch2[1].pdf	10.52 MB	1	2022-05-29 11:38:59
4	Pichai_ta_ch3[1].pdf	5.45 MB	1	2022-05-29 11:39:04
5	Pichai_ta_ch4[1].pdf	4.4 MB	1	2022-05-29 11:39:09
6	Pichai_ta_ch5[1].pdf	7.6 MB	1	2022-05-29 11:39:13
7	Pichai_ta_ch6[1].pdf	13.84 MB	1	2022-05-29 11:39:18
8	Pichai_ta_ch7[1].pdf	2.54 MB	1	2022-05-29 11:39:24
9	Pichai_ta_back[1].pdf	21.07 MB	1	2022-05-29 11:39:29

ใช้เวลา

0.04032 วินาที