ساخت یک صفحه رادیاتور فضایی مجهز به لوله حرارتی مبنی بر بهینه سازی حداکثر یکنواختی توزیع دما درمقابل حداقل جرم

دفع حرارت اتلافی تجهیزات موجود در زیر سیستم کنترل حرارت ماهواره ها به دلیل محدودیت های موجود در فضا (عدم وجود انتقال حرارت جابجایی، محدودیت توان الکتریکی، سبکی و قابلیت اطمینان بالا) از اهمیت ویژه ای برخوردار است. صفحه های رادیاتور غالبا وظیفه جمع آوری این حرارت های اتلافی و دفع آن را به فضای سرد به عهده دارند. صفحه های رادیاتور در طیف گسترده ای از ماهواره ها، از جمله ماهواره های علمی، ماهواره های مخابراتی و ماهواره های سنجش از دور، استفاده می شوند. در ماهواره های علمی، رادیاتورها برای دفع حرارت تولید شده توسط ابزارهای علمی مانند دوربین ها و طیف سنج ها استفاده می شوند. در ماهواره های مخابراتی و سنجش از دور ، رادیاتورها به ترتیب برای دفع حرارت تولید شده توسط تقویت کننده های توان و حسگرها و پردازنده ها استفاده می شوند. سبکی، راندمان و قابلیت اطمینان بالا بالای این تجهیز از مزایای استفاده از آن بوده و چالش اصلی استفاده از آن سطح کافی برای دفع حرارت و یکنواختی دمای صفحه رویی هنگام تابش حرارت اتلافی به  محیط سرد (فضا) است. استفاده از لوله های حرارتی در ساختار سازه صفحه رادیاتور این یکنواختی را مهیا می سازد. رادیاتور مجهز به لوله حرارتی شامل یک صفحه ساندویچی است که در آن شبکه ای از لوله های حرارتی قرار گرفته است. افزایش تعداد لوله های حرارتی آن، گرادیان دما در سطح رادیاتور را کاهش و وزن رادیاتور را افزایش می دهد. با توجه به اهمیت سبکی تجهیزات در سامانه های فضایی، بهینه سازی تعداد لوله ها و نحوه چیدمان هندسی آنها در رادیاتور باید به گونه ای باشد که حداکثر یکنواختی دما در سطح و حداقلی وزن رادیاتور تامین گردد. هدف از پژوهش حاضر، بهینه سازی عملکرد یک رادیاتور مجهز به لوله حرارتی(حداکثر یکنواختی دما در سطح) برای دستیابی به حداکثر بازده با لحاظ محدودیت وزنی و ابعادی اعمالی از طرف طراح سیستم می باشد. ابتدا یک مدل ریاضی با حل عددی توسعه یافته و به کمک آن اثر پارامترهای طراحی شامل ضخامت رویه و هسته، فواصل بین لوله های حرارتی، جرم و سطح رادیاتور در راندمان صفحه رادیاتور  به طور جامع بررسی شده است.. با استفاده از مدل ارائه شده و ملزومات کارفرما برای یک صفحه رادیاتور، فواصل بهینه لوله های حرارتی بدست آمده و یک صفحه رادیاتور ساخته شده است. نتایج به دست آمده از آزمون رادیاتور ساخته شده با راندمان پیش بینی شده از مدل مقایسه گردید تا صحه سنجی مدل انجام گیرد. با توجه به نتایج حاصل از آزمایش، راندمان رادیاتور ساخته شده ۸۹% در دمای ریشه ۳۹ درجه سانتی گراد به دست آمد. مقدار خطای این راندمان با راندمان محاسبه شده از تئوری در حدود ۳ درصد است.

کلیدواژه ها:

Heat Transfer ، Space ، Panel Radiator ، Heat Pipe ، Optimization ، انتقال حرارت ، فضایی ، صفحه رادیاتور ، لوله حرارتی ، بهینه سازی