لوله گرمایی یا لوله حرارتی وسیلهای برای انتقال حرارت است که بر مبنای اصول هدایت حرارتی و تغییرات فازی سیالات طراحی شده است و انتقال حرارت بین دو منطقه سرد و گرم را به بهترین و مهندسیشدهترین شکل با بیشترین بهرهوری ممکن میسازد.لولهٔ حرارتی وسیلهای است که میتواند مقادیر بزرگی از گرما را با اختلاف دمای اندک به سرعت میان منبع گرم و منبع سرد انتقال دهد. شاید به همین جهت از لولهٔ حرارتی به عنوان ابررسانا یاد میشود. بازدهی بالای آنها در انتقال حرارت برجسته است، به طوری که یک لولهٔ حرارتی با جدارهٔ مسی از لولهٔ تو پر مسی با همان ابعاد بسیار پر بازده تر است. لولههای حرارتی در اشکال و ابعاد گوناگون ساخته میشوند و از ابزارهای دیگر انتقال حرارت، سبکتر هستند و محدودیتهای کمتری دارند. لوله گرمایی از بعضی جهات شبیه به ترموسیفون میباشد.
روش کارکرد
در منطقه گرم لوله حرارتی، مایعی در تماس با سطح جامد رسانایی قرار میگیرد که در اثر تبادل حرارتی بایستی مایع به بخار تبدیل شود. بخار حاصل شده بر اساس اصول مکانیک سیالات، تمایل به پخش شدن در فضای گستردهتر و کاهش فشار خود دارد؛ لذا در طول لوله بخار به جریان میافتد و به سوی منطقه سرد میرود. در منطقه سرد در اثر تبادل حرارتی، میعان رخ میدهد و بخار دوباره به مایع تبدیل میشود و گرمای نهان تبخیر خود را به منطقه سرد پس میدهد. مایع بهدست آمده به سوی منطقه گرم جریان مییابد تا چرخه تبادل حرارتی استمرار داشته باشد. دلیل حرکت مایع را میتوان به یکی از عوامل مویینگی، نیروی گریز از مرکزی و یا نیروی گرانشی وابسته دانست. به جهت بالا بودن نرخ انتقال حرارت (و به تبع آن ضریب انتقال حرارت) در اثر فرایندهای جوشش و میعان، از لولههای حرارتی به عنوان یکی از کاراترین و موثرترین تجهیزات انتقال حرارت یاد میشود. ضریب رسانش حرارتی مؤثر در طول لوله حرارتی تغییر میکند و مقدار آن برای لولههای حرارتی بلند به طور تقریبی به ۱۰۰٬۰۰۰W/m⋅K نیز میرسد. برای همه ما فلز مس به عنوان رساناترین فلز شناخته شده است. بزرگی این مقدار را وقتی بیشتر درک خواهیم کرد که ضریب رسانش مس را که ۴۰۰W/m⋅K است با این عدد مقایسه کنیم.
ترموسیفون (به انگلیسی: Thermosiphon) به پدیدهای گفته میشود که سیستم فاقد هرگونه پمپ برقی یا مکانیکیاست و جهت جابجایی آب با استفاده از گرمای خورشید مایع جابجا میشود. مشکل عمده این سیستم پدیده یخ زدگی در فصول سرد سال میباشد.
عملکرد
گردش همرفتی یک سیال که در یک سیستم بسته اتفاق بیفتد، جایی که سیال سرد به جای سیال گرم در همان سیستم جایگزین میگردد، ترموسیفون نامیده میگردد. این سامانه در واقع یک چرخهٔ جابجایی طبیعی است. در این سامانه، مرحلهٔ جذب انرژی میتواند به صورت متصل به ساختمان و یا کاملاً در محیطی جداگانه صورت گرفته و حرارت جذب شده توسط کانال به فضای مورد نظر هدایت و در مکان مناسبی مانند دال بتنی یا انبارهٔ سنگی که معمولاً بالاتر از سطح جذب کننده قرار دارد، ذخیره گردد.[۱]در این روش هوای سرد جای هوایی را که در محیط گردآورنده گرم شده و تمایل به بالا رفتن دارد را گرفته و این گردش هوا به صورت مرتب توسط گرمای حاصل از نور خورشید ادامه مییابد. در واقع کار این سامانه مانند کلکتورهای خورشیدی بوده و از آنجایی که از انباره سنگی که بخشی از ساختمان است جهت ذخیره انرژی استفاده میگردد. گردآورندهها میتوانند به صورت پیش ساخته با استفاده از جعبههای عایق بندی شده و یا در محل توسط مصالح بنایی اجرا گردند. برای بالا بردن میزان حرارت کسب شده در گردآورنده، بین صفحه فلزی سیاه و شیشه دوجداره که به صورت موازی قرارگرفتهاند چند لایه صفحات فلزی توری به صورت مورب قرار میگیرند تا هوایی که به سمت بالا از لابه لای توری در حرکت است، با تماس بیشتر با جدارههای فلزی توری که در اثر تابش نور خورشید داغ شدهاند، گرم تر شده و به مکان مورد نظر انتقال یابد.
در ساخت این سامانه به این نکات باید توجه داشت:
- حداقل طول سامانه نباید کمتر از ۱/۱۵ عرض آن باشد.
- حداقل ارتفاع گردآونده برای آن که هوای گرم به صورت طبیعی گردش کند نباید کمتر از ۱/۸۰ متر باشد.
- اطراف انباره میبایست حتماً عایق حرارتی به ضخامت 15cm داشته باشد.
- سطح مقطع کانالها میبایست بین ۱/۱۵ الی ۱/۲۰ سطح گردآورنده بوده و طول یا عرض سطح مقطع کانال نباید از 14cm کمتر باشد.
- از ایجاد زوایای قاءمه یا حاده در مسیر حرکت هوا خودداری گردد.
- سطح مقطع انباره باید حداقل ۲/۳ مساحت گردآورنده باشد.
- صفحهای که به صورت موازی با شیشه ساخته میشود حتماً باید زیرعایق حرارتی به ضخامت حداقل 2.5cm داشته باشد.
- بهتراست انباره در زیر فضای موردنظر برای گرم شدن ساخته شود.
- سنگهای انباره برای داشتن سطح بالای جذب گرما باید حداقل 2.5cm ضخامت داشته باشند.
هوا در یک سامانه ترموسیفون معمولاً به وسیله یک جمعکننده خورشیدی که به طور شیبدار قرارگرفته و از فضای نشیمن جداشده است، گرم میشود. هنگامی که هوا گرم میشود از طریق جابه جایی طبیعی بالا میرود و هوای سرد که از پایین جمعکننده به داخل کشیده شده است، جای آن را میگیرد. برای انجام فرایند ذخیرهسازی حرارتی میتوان هوای گرم شده را داخل یک بستر سنگی ذخیرهسازی حرارتی به جریان انداخت. در این حالت گرما به سنگها منتقل میشود و در نتیجه هوا خنک میشود. این هوای سرد برای آنکه دوباره گرم شود باردیگر به جمعکننده بازگردانده میشود. برای انتقال گرما از حالت ذخیره به داخل خانه میبایست هوای خنک درون خانه در مسیر سنگها جریان یابد و در آنجا گرم شده و از طریق جابه جایی طبیعی بالا بیاید تا اینکه وارد خانه شود. از آنجا که جریان هوا در این سامانه تحت تاثیر جابه جایی طبیعی قرار دارد، قرارگیری عمودی عناصر برای عملکرد مناسب سامانه حساس میباشد.
تحقیق در مورد لوله های گرمایی و ترموسیفون ها به صورت Word در 18 صفحه
