@TechReport{Edom:2001:ExThIn,
author = "Edom, Andreas",
title = "Experimental and theorical investigation of periodic pressure and
temperature fluctuation during the operation of a gas-loaded
variable conductance heat pipe",
institution = "INPE",
year = "2001",
type = "RPQ",
number = "INPE-8202-RPQ/719",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
keywords = "ENGENHARIA E TECNOLOGIA ESPACIAL, tubos de calor, variavel,
resist{\^e}ncia, variacoes peri{\'o}dicas, heat piper, variable,
resistance (conductance), periodic variations.",
abstract = "Foram descobertos, estudados e classificados novos fen{\^o}menos
com respeito a oscila{\c{c}}{\~o}es peri{\'o}dicas de
temperatura de evaporador, press{\~a}o de opera{\c{c}}{\~a}o e
posi{\c{c}}{\~a}o da frente entre vapor e g{\'a}s em tubos de
calor de condut{\^a}ncia vari{\'a}vel sob condi{\c{c}}{\~o}es
externas permanentes. Dois tubos de calor de alum{\'{\i}}nio de
diferente geometria, com ranhuras internas axiais e controlados
por g{\'a}s n{\~a}o condens{\'a}vel, foram testados usando
acetona ou etanol como l{\'{\i}}quido de trabalho e arg{\^o}nio
como g{\'a}s n{\~a}o condens{\'a}vel. Um reservat{\'o}rio de
g{\'a}s externo e sem revestimento interno foi conectado ao fim
do condensador do tubo de calor atrav{\'e}s de um fino tubo de
conex{\~a}o. Variando os par{\^a}metros, como o n{\'{\i}}vel
de carga t{\'e}rmica e o conte{\'u}do de g{\'a}s, diferentes
tipos de oscila{\c{c}}{\~o}es foram detectados e analisados.
Permanentes e casuais oscila{\c{c}}{\~o}es sincronizadas revelam
um per{\'{\i}}odo na faixa de 2 min a 6 min e uma amplitude
at{\'e} 2.8 低. Uma correla{\c{c}}{\~a}o entre amplitude e
per{\'{\i}}odo dessas flutua{\c{c}}{\~o}es foi confirmado
tamb{\'e}m. Press{\~a}o, temperatura de evaporador e a
posi{\c{c}}{\~a}o da frente mostraram uma resposta
sincr{\^o}nica com uma leve defasagem no tempo. Um modelo
matem{\'a}tico simplificado foi desenvolvido e indicou que o
motivo direto dessas oscila{\c{c}}{\~o}es sincronizadas {\'e}
uma varia{\c{c}}{\~a}o peri{\'o}dica do menisco nas ranhuras do
evaporador. No entanto a raz{\~a}o prim{\'a}ria para este
acontecimento ainda n{\~a}o foi descoberta.
Oscila{\c{c}}{\~o}es independentes durante a
opera{\c{c}}{\~a}o perto da secagem do l{\'{\i}}quido nas
ranhuras mostrou alta amplitude (at{\'e} 3.5 低)e
freq{\"u}{\^e}ncia (per{\'{\i}}odos entre 20 e 50 s).Neste
contexto uma segunda oscila{\c{c}}{\~a}o de freq{\"u}{\^e}ncia
baixa foi observada em alguns testes com per{\'{\i}}odo e
amplitude sobre-impostos de cerca de 12 min e 3 低 respetivamente.
Al{\'e}m disso, resultados adicionais foram conseguidos com
respeito ao excedente de temperatura durante a partida de
opera{\c{c}}{\~a}o, ao amortecimento das oscila{\c{c}}{\~o}es,
assimetria devido {\`a} gravidade durante a secagem e anomalias
de longo prazo devido {\`a} difus{\~a}o. Esses novos dados
s{\~a}o importantes para o desenvolvimento do tubo de calor
controlado por g{\'a}s como um elemento de controle t{\'e}rmico
para aplica{\c{c}}{\~o}es espaciais. O trabalho de pesquisa foi
conduzido pelo Dr. Andreas Edom no INPE/ETE/DMC sob
supervis{\~a}o e assist{\^e}ncia do Dr. Valeri Vlassov durante o
per{\'{\i}}odo de fevereiro de 2000 a mar{\c{c}}o de 200 1, e
foi patrocinado por uma bolsa de p{\'o}s-doutorado da FAPESP sob
o contrato No. 99/07580-3. O objetivo deste trabalho foi atender
{\`a}s diretivas do programa de pesquisa e desenvolvimento CONTER
promovido pela Coordena{\c{c}}{\~a}o Geral de Engenharia e
Tecnologia Espacial (ETE)do INPE. ABSTRACT: New phenomena related
to periodic oscillations of evaporator temperature, operating
pressure and vapor/gas front position in variable conductance heat
pipes under permanent external conditions were discovered, studied
and classified. Two gas-loaded axially grooved aluminum heat pipes
with different geometry were tested using acetone or ethanol as
working fluid and argon as noncondensable gas. A non-wicked
external gas reservoir was connected to the condenser end of the
heat pipe through a small diameter feed tube. By the variation of
parameters, such as the heat load level and the gas inventory,
different types of oscillations have been detected and analyzed.
Permanent and casual synchronous oscillations reveal a period in
the range from 2 min to 6 min and an amplitude up to 2.8 低. A
correlation between amplitude and period of such fluctuations has
also been confirmed. Pressure, evaporator temperature and front
positions displayed a synchronous response with a slight shift in
time. A simplified mathematical model was developed and indicated
that the direct reason of these synchronous oscillations is a
periodical variation of the meniscus in the evaporator grooves.
The primary reason of this occurrence, however, is not discovered
yet. Detached oscillations during operation close to dry-out
showed a high amplitude (up to 3.5 '低)and frequency (periods from
20 to 50 sec). In this context a second low-frequent oscillation
has been observed in some tests with Superimposed period and
amplitude of about 12 min and 3 低 respectively. Moreover
additional results have been achieved concerning the temperature
overshoot during start-up, oscillation damping, gravity-related
asymmetry during dry-out and long-term diffusion-related
anomalies. The novel data are important for the development of the
gas-loaded heat pipe as a thermal control element for space
applications. The research work wits conducted by Dr. Andreas Edom
at DMC/INPE under supervision and assistance of Dr. Valeri Vlassov
during the period from February 2000 until March 2001, and was
Supported by a post-doctoral fellowship granted by the S{\~a}o
Paulo State research foundation FAPESP under contract No.
99/07580-3. The objective of this work was to meet the guidelines
of the research and development program CONTER promoted by the
General Coordination of Engineering and Space Technology (ETE)of
INPE.",
label = "9307",
ibi = "6qtX3pFwXQZ3r59YCT/H3QcT",
url = "http://urlib.net/ibi/6qtX3pFwXQZ3r59YCT/H3QcT",
targetfile = "8202.pdf",
urlaccessdate = "13 maio 2024"
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