Extending the allowable exposure time of rotating X-ray anodes via an embedded lithium pulsating heat pipe: A ۳D multiphase analysis

سال انتشار: 1405
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 80

فایل این مقاله در 20 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_JPST-12-1_001

تاریخ نمایه سازی: 17 مهر 1405

چکیده مقاله:

Thermal management of high-power X-ray rotating anodes is strictly constrained by the intense, localized heat fluxes generated during brief exposure times. This study proposes the integration of a lithium-based rotating pulsating heat pipe (RPHP) into the anode and investigates its transient thermal-hydraulic performance using a volume of fluid (VOF) multiphase model, which is heavily influenced by both extreme centrifugal forces and the intense heat flux applied during the exposure time. The results reveal a fundamental thermodynamic trade-off governing the optimal rotational speed: while higher rotational speeds enhance internal fluid circulation as well as latent and sensible heat transport, they simultaneously generate massive hydrostatic pressures that cause a significant transient delay in the phase-change (boiling) process. Consequently, the maximum allowable exposure time exhibits a non-monotonic dependence on the rotational speed. A case study based on the RAD-۱۴ X-ray tube was investigated with a heat input of ۲۰ kW on a minimum focal spot size (۰.۳ mm). A critical temperature limit of ۲۲۰۰ K was defined to evaluate and compare the allowable exposure times across different configurations. Compared to a conventional solid anode (which is limited to an exposure time of ۰.۴۳۶ s), the RPHP integration at ۸۵۰۰ rpm achieves optimal thermal performance, extending the allowable exposure time to ۰.۷۰۶ s (a ۶۲ % increment). However, further increasing the speed to ۱۰۰۰۰ rpm exacerbates the pressure-induced boiling retardation, leading to an exposure time of ۰.۶۱۹ s (a ۴۲ % increment relative to the solid base, but a ۱۲ % reduction compared to the ۸۵۰۰ rpm peak).

کلیدواژه ها:

Rotating anode X-ray tube ، Rotating Pulsating Heat Pipe (RPHP) ، Volume of fluid (VOF) ، Thermal Management

نویسندگان

- -

Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran

- -

Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran

- -

Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Lee, S. M. (۲۰۱۵). Thermal Characteristics of Rotating Anode X-Ray ...
  • Lee, S. M. (۲۰۱۵). Compact Anode Design with the Heat ...
  • Zhang, Y., & Faghri, A. (۲۰۰۲). Heat Transfer in a ...
  • Wieland Duro. TZM Technical Data Sheet. https://www.wieland.com/fr/content/download/۱۲۶۷۸/file/TZM_EX_EN.pdf (Access May ۲۰۲۶)[۴۴] ...
  • نمایش کامل مراجع