The theoretical and experimental study on an annular heat pipe was carried out.
In general, a limit of heat pipe performance in the moderate operating temperature range is faced when the working fluid condensed in the condenser section cannot return to the evaporator section fast enough.
In order to extend this limit and improve the heat transfer capability, an annular heat pipe which has larger mass flow rate than an ordinary heat pipe has been proposed.
It is assumed that the vapor flow is essentially the same as a pipe flow with the wall suction and wall injection and that the liquid flow is saturated with the working fluid. The pressure distribution and the velocity profile are obtained solving the equations of motion for two dimensional steady flow with the appropriate boundary conditions.
Balancing the pressure drops in the vapor core and in liquid flow path with the capillary force, the maximum heat transfer rate of an annular heat pipe is predicted.
It is shown that the maximum heat transfer rate increases up to 30 times that of an ordinary heat pipe in a moderate operating temperature range.
Comparison of predicted results with experiment using water as a working fluid shows a satisfactory agreement.
보편적인 heat pipe 의 비교적 높지 않은 온도범위에서, 작동 한계는 작동유체의 가열부분에서의 dry-out 에 의해서 결정된다. 일반적으로 wick 의 capillary force 와 중력에 의해서 운반되는 액체유동은 wick 내에서의 압력강하가 크기 때문에, heat pipe 는, 냉각된 액체가 충분히 빨리 가열부분으로 돌아올 수 없는 유체역학적인 제한을 갖는다. 그러므로, 부가적인 액체통로를 관벽과 wick 사이에 주어 응결액체의 유동율을 증가시킴으로써 보다 큰 최대 열전달량을 얻고자 하는 것이 annular heat pipe 의 아이디어다.
이 논문에서는 우리나라의 난방장치에 응용될 수 있고 효과적인 열전달기구 개발의 목적으로 annular heat pipe 의 이론및 실험적인 기초연구를 수행하였다.
이 이론전개에 있어서 annular 통로와 wick 에서의 액체유동에 대해서 2차원 비압축성 유동을 생각하였다. 관성항을 무시하고 축방향의 질량증가와 감소를 고려하였으며 적절한 경계조건을 주어 속도 분포와 압력 분포를 구하였다. 한편 기체의 흐름은 흡입과 분출이 있는 2차원 비압축성 층류 관유동으로 가정한 결과를 이용하였다. 그리고 주어진 외부 열 경계조건에 대해서 유기되는 작동유체의 유동에 있어서, 액체와 기체 상태의 흐름때문에 생긴 전체 압력 강하가 wick 에 의해서 주어지는 capillary force 와 균형을 이루게 하므로써 annular heat pipe 의 최대 전달열량을 기술하였다. 적절한 온도범위에 대해서 작동유체로서 물을 사용한 annular heat pipe 의 최대 전달열량은 보통 heat pipe 의 최대 전달열량보다 약 30배가 된다는 것을 이론및 실험적으로 보였다. 실험에 의한 최대 전달열량은 각각의 주어진 input 열량에 대해서 기체의 온도를 측정하므로써 결정하였다. 이와같이 측정한 최대 전달열량과 이론적인 최대 전달열량은 약 10\%의 오차를 갖고 일치한다.
