Теплопередавальні характеристики двофазних мініатюрних термосифонів з нанорідинами
This paper presents and analyzes experimental data on the total thermal resistances of two-phase miniature thermosyphons with nanofluids; the geometric parameters of the thermosyphons for all experimental samples are identical: total length 700 mm, internal diameter 5 mm. The following nanofluids us...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2020.3-4.42 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technology and design in electronic equipment |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technology and design in electronic equipment| _version_ | 1867569662856790016 |
|---|---|
| author | Kravets, Vladimir Hurov, Dmytro |
| author_facet | Kravets, Vladimir Hurov, Dmytro |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Vladimir Kravets",
"institution": "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "Dmytro Hurov",
"institution": "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Kravets, Vladimir |
| baseUrl_str | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-09T12:20:46Z |
| description | This paper presents and analyzes experimental data on the total thermal resistances of two-phase miniature thermosyphons with nanofluids; the geometric parameters of the thermosyphons for all experimental samples are identical: total length 700 mm, internal diameter 5 mm. The following nanofluids used as heat carriers are: aqueous nanofluid based on carbon nanotubes, aqueous nanofluid based on synthetic diamond, and aqueous nanofluid based on amorphous carbon. Much attention is also paid to the influence of the filling ratio on the heat transfer characteristics of the thermosyphons. The influence of filling ratio and types of nanofluid on the performance of miniature closed two-phase thermosyphons is demonstrated. |
| doi_str_mv | 10.15222/TKEA2020.3-4.42 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:30:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2020, No 3–442 ISSN 2309-9992 (Online)
THERMAL MANAGEMENT
1
UDK 536.248.2
Doct. of Tech. Sci. V. Yu. KRAVETS, D. I. HUROV
Ukraine, Kyiv, National Technical University of Ukraine
“Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
E-mail: kravetz_kpi@ukr.net
HEAT TRANSFER CHARACTERISTICS OF MINIATURE
TWO-PHASE THERMOSYPHONS WITH NANOFLUIDS
The problems associated with maintaining the tem-
perature regime and cooling of semiconductor devices
are becoming more urgent and complex every day, which
requires an increasingly integrated approach to solving
them. This problem becomes particularly urgent with
the development of high-power computing; so-called
supercomputers need effective “supercooling”.
Due to the fact that the packaging density of electronic
equipment, which is at the same time a miniaturization
criterion, is increasing every day, the cooling systems
that have been used for decades have not been able to
meet the new requirements for thermal stabilization and
maintaining the temperature in a given normalized range.
Two-phase cooling systems have proven themselves
to be highly efficient and fairly cheap, while also being
quite reliable. The operation principle of such systems
is based on the evaporation-condensation cycle. Apart
from efficiency, one of the main advantages of these
cooling systems is that they are passive, which reduces
the operating costs relating to the pumping of working
fluid. Such systems include heat pipes, thermosyphons,
and vapor chambers.
This work is devoted to the study of heat transfer
characteristics of thermosyphons (TS), because their
efficiency-reliability-price ratio is optimal among all
the mentioned types. Since there is no capillary-porous
structure, the cost and thermal resistance of this device
type are much lower than, e.g., for heat pipes. One of the
main disadvantages of thermosyphons is that they are not
functional against gravity, but many tasks do not require
this particular capability.
However, it should be noted that the operation of
thermosyphons is limited and depends on a large number
of determining factors, such as the filling ratio, the evapo-
ration zone length, the working fluid type, the geometric
parameters (system design), etc.
This paper presents and analyzes experimental data on the total thermal resistances of two-phase miniature thermosyphons
with nanofluids; the geometric parameters of the thermosyphons for all experimental samples are identical: total length
700 mm, internal diameter 5 mm. The following nanofluids used as heat carriers are: aqueous nanofluid based on
carbon nanotubes, aqueous nanofluid based on synthetic diamond, and aqueous nanofluid based on amorphous carbon.
Much attention is also paid to the influence of the filling ratio on the heat transfer characteristics of the thermosyphons.
The influence of filling ratio and types of nanofluid on the performance of miniature closed two-phase thermosyphons
is demonstrated.
Keywords: miniature thermosyphons, thermal resistance, filling ratio, nanofluid, heat flux.
In recent years, increasing interest has arisen in the
use of nanofluids as heat carrier for evaporation-conden-
sation systems. A huge number of studies are devoted to
the use of nanofluids as heat carrier in thermosyphons.
Unfortunately, the existing works are quite limited and
often controversial, and moreover, the thermosyphon
designs that they deal with can hardly be considered
miniature. This study addresses miniature closed two-
phase thermosyphons with nanofluid-based coolants.
Literature analysis
Nanoparticles are particles characterized by a small
size, which is in the range of 1—100 nm [1]. Nano par ticles
have become widely used in various industries because
of their unique physical and chemical properties due to
their large ratio of the surface area and volume.
Nanofluid (NF) is a base fluid (water, oil, ethylene
glycol, etc.) with nanoparticles dispersed in it. NFs have
better thermophysical parameters, and thus a better heat
transfer, compared to the base fluid. However, it is worth
noting that one should take into account the influence of
many factors when manufacturing specific NFs for every
particular purpose. The thermophysical properties of the
obtained fluid are influenced by the size, shape and con-
centration of the nanoparticles, the thermal conductivity
of the nanoparticles and the base fluid, the temperature
of the base fluid, etc. [2—4].
It was also noted that the use of micron-sized nanopar-
ticles can lead to a decrease in heat transfer as a result of
the dispersed phase turbulence suppression [5].
As to using NFs as working fluids for evaporation-
condensation systems, despite the increasing number of
studies appearing every year, it is impossible to describe
clearly the advantages of their use and the quantitative
increase in the heat transfer efficiency at the moment.
DOI: 10.15222/TKEA2020.3-4.42
Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2020, No 3–4 43ISSN 2309-9992 (Online)
THERMAL MANAGEMENT
2
Thus, some studies note a positive effect of NF-based
heat carriers [6—14], while the others highlight their
negative effect [15, 16].
The main NFs that have already been studied are:
Al2O3 — water; CuO — water; Ag — water; FeO —
water.
It is also worth emphasizing that most of the thermo-
syphons described in the above-mentioned publications
cannot be considered miniature, but it is the latter that
are of particular interest at the moment.
Research techniques
One of the main criteria for the heat transfer charac-
teristics of thermosyphons is thermal resistance, which
is defined as:
EZ CZ= ,
t t
R
Q
(1)
where Q is the transferred heat flow;
EZt , CZt are the average temperature values of the evapora-
tor and condenser, respectively.
Average temperatures are used because even when the
stationary mode has already been established, the tem-
perature of the thermosyphon wall continues to change
with time (there are temperature ripples), therefore, the
temperature in the evaporation zone (EZ) and condensa-
tion zone (CZ) is determined by their average values for
the period of the stationary mode:
EZ
1
1= ;
n
i
i
t t
n
(2)
CZ
1
1 .
n
j
j
t = t
n
(3)
The study of the heat transfer characteristics of the
miniature closed two-phase thermosyphons was carried
out on an experimental stand similar to that given in [17,
18] (Fig. 1).
Heat was supplied to the evaporation zone of the
thermosyphon by an electric heater, which was wound
onto the thermosyphon body over a heat-resistant di-
electric film with a thickness of 0.1 mm. For the manu-
facture of the heater, a nichrome wire with a diameter of
0.3 mm was used. Heat from the condenser was removed
by water running through a pipe-in-pipe condenser and
monitored using a flow meter 8 (Fig. 1). Cooling water
flow rate was kept constant and varied from 1.75·10–3
to 7.85·10–3 kg/s.
The temperature in the main zones of thermosyphons
was determined using copper-constantan thermocouples
with an electrode diameter of 0.16 mm. Hot junctions of
thermocouples were soldered to the thermosyphon body.
The heat flux of the thermosyphon was changed using
a laboratory transformer and monitored in the evapora-
tion zone using a wattmeter 4. To reduce heat loss to the
environment, the thermosyphon was completely insulated
with basalt fiber.
The heater 2 was powered by a voltage regulator 5,
which was connected via a voltage stabilizer 6 to the
mains (220 V, 50 Hz). The control of the supplied electric
power was carried out using a wattmeter 4 (D529). The
cooling water temperature was controlled with a heater
11 using a voltage regulator 9. The temperature of the
cooling water at the inlet and outlet of the condenser
was monitored using thermocouples 13. Signals from
all thermocouples 12 were fed to an analog-to-digital
converter 14 and then to a personal computer 15.
We studied three samples of thermosyphons with an
inner diameter of 5 mm and a length of 700 mm, filled
with different NFs (Table). To study the effect of the fill
ratio (FR), which characterizes the ratio of the volume
of the working fluid to the total volume of the evapora-
tion zone, a multi-section heater was used. As a result,
it was possible to change the FR in a wide range from
7
Fig. 1. Schematic drawing of the experimental setup:
1 — miniature thermosyphon; 2 — evaporation zone heater;
3 — condenser; 4 — wattmeter; 5, 9 — voltage regulator (labora-
tory transformer); 6, 10 — voltage stabilizer; 7 — pressure tank;
8 — flow meter; 11 — heater for cooling water; 12, 13 — copper-
constantan thermocouples; 14 — analog-to-digital converter;
15 — personal computer
220 V
15
220 V
1
3
W
8
VS
654
109
13
12
2
14
PC
DAC
11
7
Properties of the nanofluids
TS
Heat carrier:
аqueous NF
based on
Mass
fraction
of NP,
%
Average
diameter
of NPs,
nm
Surface
tension,
mN/m
TS1 carbon nanotube 0,1 410—590 71,4
TS2 synthetic diamond 0,3 50—300 70,5
TS3 аmorphous carbon 0,31 100—150 69,8
Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2020, No 3–444 ISSN 2309-9992 (Online)
THERMAL MANAGEMENT
3
0.4 to 1.7 (Fig. 2). The Table provides information on
the nanofluids used as coolants.
Research results
The study of the thermal resistance of miniature
thermosyphons with different working fluids showed that
their heat transfer characteristics are significantly higher
than of those with water as a heat carrier. The effect of
filling ratio on thermal resistance is shown in Fig. 3.
Fig. 3, а shows that for carbon-based thermosyphon
(TS1), the maximum transferred amount of heat corre-
sponds to FR = 0.44; the maximum transmitted heat flux is
180 W. The minimum recorded thermal resistance is
0.18 K / W (FR = 0.44). Moreover, an increase in FR leads
to a decrease in the maximum heat flux and an increase
in thermal resistance.
Fig. 3, b shows that the heat transfer charac-
teristics of the thermosyphon with working fluid
based on synthetic diamond (TS2) are slightly lower
than those for TS1. The minimum thermal resis-
tance values for different filling ratios of TS1 and
TS2 are similar; however, the maximum heat fluxes are
somewhat lower. Thus, at FR = 0.44, the maximum heat
flux decreases to about 120 W. However, at FR > 0.44, the
thermosyphon TS2 has the maximum heat flux slightly
higher than does TS1.
It should be noted that the minimum thermal resis-
tances of TS2 and TS1 are close in their values to those
obtained in [6, 7]. However, the concentration and type
of nanopowders in water were slightly different.
Significantly lower are the values for the miniature ther-
mosyphon TS3 with working fluid based on amorphous
carbon (Fig. 3, c). The maximum heat flux for each FR
value decreased by about 1.5 times, and the thermal re-
sistance increased, its minimum value of 0.2 K/W being
fixed at FR = 0.44 (Fig. 3, c).
To generalize the experimental data presented above,
as well as to determine the effect of FR on the heat
Fig. 2. Schematic representation of the amount of heat carrier
relative to the evaporation zone volume at different filling
ratio values:
a — FR = 0.44; b — FR = 0.59; c — FR = 0.87; d — FR = 1.66
Fig. 3. Dependence of the thermal resistance R on the heat flux
for thermosyphons with working nanofluids based on carbon
nanotube (а), synthetic diamond (b), and amorphous carbon (c)
at different filling ratio values:
1 — FR = 0.44; 2 — FR = 0.59; 3 — FR = 0.87; 4 — FR = 1.66
a)
1
4
3 2
R, K/W
2
1
0 20 40 60 80 100 120 140 160 Q, W
b)
1
4
3 2
R, K/W
2
1
0 20 40 60 80 100 120 Q, W
c)
1
4
3 2
R, K/W
2
1
0 20 40 60 80 100 Q, W
a)
Q
Q
NFEZ
d)
Q
Q
NF
EZ
b)
Q
Q
NFEZ
c)
Q
Q
NF
EZ
TS1
TS2
TS3
Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2020, No 3–4 45ISSN 2309-9992 (Online)
THERMAL MANAGEMENT
4
transfer characteristics of thermosyphons, the results
of experimental data are presented in the form of the
dependence of FR on the maximum transferred heat flux
(Fig. 4). Also, for the possibility of comparative analysis,
a thermosyphon was manufactured with an identical
design and water as a heat carrier (TS4).
Fig. 4 shows that the best heat transfer character-
istics were demonstrated by the thermosyphon TS2.
TS1 also showed good functionality. It was the latter that
transmitted the maximum heat flux (FR = 0.44), which
amounted to 180 W.
As was mentioned above, the lowest heat transfer
characteristics among the thermosyphons with nanofluids
was demonstrated by TS3. However, even this thermosy-
phon transfers the heat flux much more effectively than
the one with water (TS4).
For all tested thermosyphons, the following depen-
dence is traced: the maximum heat flux increases with
decreasing FR (increasing the length of the evaporation
zone). This is due to the fact that the liquid column located
above the evaporation zone creates additional hydraulic
resistance for the movement of the vapor phase from the
evaporation zone to the condensation zone.
Conclusions
Thus, the studies of miniature thermosyphons with
aqueous nanofluids based on carbon nanotubes, syn-
thetic diamond and amorphous carbon showed that the
heat transfer characteristics of the thermosyphons with
nanofluids significantly exceed those of thermosyphons
filled with ordinary fluids (water).
The experimental results show that using nanofluides
as heat carriers in miniature thermosyphons is promis-
ing, however it is evident that other types of nanofluids
also need to be tested as heat carriers (type of nanofluid,
concentration, size of nanoparticles, etc.), and life tests
need to be carried out.
REFERENCES
1. Tawfik M. M. Experimental studies of nanofluid thermal con-
ductivity enhancement and applications: A review. Renewable and
Sustainable Energy Reviews, 2017, vol. 75, pp. 1239–1253. https://
doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.111
2. Chandrasekar M., Suresh S., Senthilkumar T. Mechanisms pro-
posed through experimental investigations on thermophysical properties
and forced convective heat transfer characteristics of various nanofluids.
A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012, vol. 16,
pp. 3917–3938. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.03.013
3. Ghadimi A., Saidur R., Metselaar H. A review of nanofluid stabil-
ity properties and characterization in stationary conditions.Int. J. Heat
Mass Transfer, 2011, vol. 54, pp. 4051–4068. https://doi.org/10.1016/j.
ijheatmass trans fer. 2011.04.014
4. Mahbubul I.M. Preparation, Characterization, Properties
and Application of Nanofluid. Norwich, New York, William Andrew,
2019, 350 p.
5. Terekhov V.I., Kalinina S.V., Lemanov V.V. [The mechanism of
heat transfer in nanofluids: current state of the problem (review). Part
1. Synthesis and properties of nanofluids]. Teplofizika i aeromekhanika,
2010, vol.17, no. 2, pp. 173–188. (Rus)
6. Liu Z. H., Yang X. F., Guo G. L. Effect of nanoparticles in
nanofluid on thermal performance in a miniature thermosyphon.
Journal of Applied Physics, 2007, vol. 102, pp. 1–9. https://doi.
org/10.1063/1.2748348
7. Liu Z. H., Yang X. F., Guo G. L. Influence of carbon nanotube
suspension on the thermal performance of a miniature thermosyphon.
Int. J. Heat Mass Transfer, 2010, vol. 53, pp. 1914–1920. https://doi.
org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.12.065
8. Naphon P., Assadamongkol P., Borirak T. Experi men tal investi-
gation of titanium nanofluids on the heat pipe ther mal efficiency. INT
COMMUN HEAT MASS, 2008, vol. 35, pp. 1316–1319. https://doi.
org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2008.07.010
9. Naphon P., Thongkum D., Assadamongkol P. Heat pipe effi-
ciency enhancement with refrigerant–nanoparticles mixtures. Energy
Conversion and Management, 2009, vol. 50, pp. 772–776. https://doi.
org/10.1016/j.enconman.2008.09.045
10. Noie S.H., Heris S. Z., Kahani M., Nowee S.M. Heat transfer
enhancement using Al2O3/water nanofluid in a two-phase closed ther-
mosyphon. Int. J. of Heat and Fluid Flow, 2009, vol. 30, pp. 700–705.
11. Parametthanuwat T., Rittidech S., Pattiya A. A. Correlation to
predict heat-transfer rates of a two-phase closed thermosyphon (TPCT)
using silver nanofluid at normal operating conditions. International
Journal of Heat and Mass Transfer, 2010, vol. 53, pp. 4960–4965.
https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2009.03.001
12. Paramatthanuwat T., Boothaisong S., Rittidech S., Bood da chan
K. Heat transfer characteristics of a two-phase closed thermosyphon
using de ionized water mixed with silver nano. Heat Mass Transfer,
2010, vol. 46, pp. 281–285. https://doi.org/10.1007/s00231-009-0565-y
13. Huminic G., Huminic A., Morjan I., Dumitrache F.
Experimental study of the thermal performance of thermosy-
phon heat pipe using iron oxide nanoparticles. Int. J. Heat Mass
Transfer, 2011, vol. 54, pp. 656–661. https://doi.org/10.1016/j.
ijheatmasstransfer.2010.09.005
14. Huminic G., Huminic A. Heat transfer characteristics of a
two-phase closed thermosyphons using nanofluids. Experimental
Thermal and Fluid Science, 2011, vol. 35, pp. 550–557. https://doi.
org/10.1016/j.expthermflusci.2010.12.009
15. Xue H. S., Fan J. R., Hu Y. C., Hong R. H., Cen K. F. The
interface effect of carbon nanotube suspension on the thermal per-
formance of a two-phase closed thermosyphon. Journal of Applied
Physics, 2006, vol. 100, pp. 1–6. https://doi.org/10.1063/1.2357705
16. Khandekar S., Joshi Y. M., Mehta B. Thermal performance
of closed two-phase thermosyphon using nanofluids. International
Journal of Thermal Sciences, 2008, vol. 47, pp. 659–667. https://doi.
org/10.1016/j.ijthermalsci.2007.06.005
17. Kravets V. Yu., Nekrashevich Ya. V., Goncharova A. P.
[Investigation of thermal resistance of miniature heat pipes].
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2011,
vol. 1, no. 9, iss. 49, pp. 55-60. (Ukr)
18. Kravets V.Yu. [Heat exchange in miniature evaporation-
condensation cooling systems] Ph.D. thesis abstract, NTUU “Igor
Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Кyiv, 2016, 41 p. (Ukr)
Received 30.05 2020
Fig. 4. Dependence of the maximum transferred heat flux Qmax
on the filling ratio for thermosyphons with working nanofluids
based on:
1 — carbon nanotube (TS1); 2 — synthetic diamond (TS2);
3 — amorphous carbon (TS3); 4 — water (TS4)
1
4
3
2
Qmax, W
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0 0.5 1.0 1.5 FR
Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2020, No 3–446 ISSN 2309-9992 (Online)
THERMAL MANAGEMENT
5
В. Ю. КРАВЕЦЬ, Д. І. ГУРОВ
Україна, Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
E-mail: kravetz_kpi@ukr.net
ТЕПЛОПЕРЕДАВАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВОФАЗНИХ
МІНІАТЮРНИХ ТЕРМОСИФОНІВ З НАНОРІДИНАМИ
У зв'язку з постійним збільшенням щільності упаковки електронного обладнання, яка одночасно є і критерієм
мініатюризації, стають все більш нагальними і складними проблеми, пов'язані з підтриманням температурно-
го режиму і охолодженням напівпровідникових пристроїв. Системи охолодження, які використовувалися впродовж
десятиліть, вже не можуть задовольнити нові вимоги до термостабілізації і підтримки температури в задано-
му діапазоні, що потребує все більш комплексного підходу до їхнього вирішення. Крім цього, системи охолодження
електронного устаткування зазвичай проектуються під конкретне технічне рішення, і в таких випадках відсутня
можливість змінювати геометричні параметри (дизайн системи) в широкому діапазоні. З цієї причини для підвищення
ефективності роботи систем охолодження мало не єдино можливим варіантом є поліпшення теплофізичних власти-
востей теплоносія. Саме з такою метою проводиться заміна звичайного теплоносія (вода, етанол, метанол і ін.) на
нанорідину.
У даній роботі експериментально досліджені теплопередавальні характеристики, такі як термічний опір та мак-
симальний тепловий потік, двофазних мініатюрних термосифонів при використанні нанорідини як теплоносія.
Дослідження проводилися з трьома видами нанорідини на основі води: з вуглецевими нанотрубками, наночастками
синтетичного алмазу і аморфного вуглецю. Загальна довжина термосифона становила 700 мм, внутрішній діаметр
5 мм. Було показано, що теплопередавальні характеристики термосифонів з нанорідиною значно кращі за показни-
ки термосифонів, заправлених водою. Досліджено також вплив коефіцієнта заповнення на теплопередавальні харак-
теристики термосифонів.
Отримані результати показали перспективність використання нанорідини як теплоносія для мініатюрних
термосифонів.
Ключові слова: мініатюрний термосифон, термічний опір, коефіцієнт заповнення, нанорідина, тепловий потік.
В. Ю. КРАВЕЦ, Д. И. ГУРОВ
Украина, Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»
E-mail: kravetz_kpi@ukr.net
ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВУХФАЗНЫХ
МИНИАТЮРНЫХ ТЕРМОСИФОНОВ С НАНОЖИДКОСТЯМИ
В настоящей работе экспериментально исследованы теплопередающие характеристики, такие как термическое со-
противление и максимальный передаваемый тепловой поток, двухфазных миниатюрных термосифонов при исследо-
вании наножидкости качестве теплоносителя. Исследования проводились с тремя видами наножидкости на осно-
ве воды: с углеродными нанотрубками, наночастицами синтетического алмаза и аморфного углерода. Общая дли-
на термосифона составляла 700 мм, внутренний диаметр 5 мм. Было показано, что теплопередающие характе-
ристики термосифонов с наножидкостями значительно превышают показатели термосифонов, заправленных во-
дой. Исследовано также влияние коэффициента заполнения на теплопередающие характеристики термосифонов.
Полученные результаты показали перспективность использования наножидкости в качестве теплоносителя для ми-
ниатюрных термосифонов.
Ключевые слова: миниатюрный термосифон, термическое сопротивление, коэффициент заполнения, наножидкость,
тепловой потокr.
DOI: 10.15222/TKEA2020.3-4.42
УДК 536.248.2
DOI: 10.15222/TKEA2020.3-4.42
УДК 536.248.2
Опис статті для цитування:
Кравець В. Ю., Гуров Д. І. Теплопередавальні характеристики
двофазних мініатюрних термосифонів з нанорідинами. Техно-
логия и конструи рование в электронной аппаратуре, 2020,
№ 3–4, с. 42–46. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2020.3-4.42
Cite the article as:
Kravets V. Yu., Hurov D. I. Heat transfer characteristics of
miniature two-phase thermosyphons with nanofluids. Tekhnologiya
i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2020, no. 3–4, pp. 42–46.
http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2020.3-4.42
|
| id | oai:tkea.com.ua:article-105 |
| institution | Technology and design in electronic equipment |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-06-10T01:00:21Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwtkeacomua/e5/dc0448cc609c67bd20d2e2c02584d7e5.pdf |
| spelling | oai:tkea.com.ua:article-1052026-06-09T12:20:46Z Heat transfer characteristics of miniature two-phase thermosyphons with nanofluids Теплопередавальні характеристики двофазних мініатюрних термосифонів з нанорідинами Kravets, Vladimir Hurov, Dmytro miniature thermosyphons thermal resistance filling ratio nanofluid heat flux мініатюрний термосифон термічний опір коефіцієнт заповнення нанорідина тепловий потік This paper presents and analyzes experimental data on the total thermal resistances of two-phase miniature thermosyphons with nanofluids; the geometric parameters of the thermosyphons for all experimental samples are identical: total length 700 mm, internal diameter 5 mm. The following nanofluids used as heat carriers are: aqueous nanofluid based on carbon nanotubes, aqueous nanofluid based on synthetic diamond, and aqueous nanofluid based on amorphous carbon. Much attention is also paid to the influence of the filling ratio on the heat transfer characteristics of the thermosyphons. The influence of filling ratio and types of nanofluid on the performance of miniature closed two-phase thermosyphons is demonstrated. У зв'язку з постійним збільшенням щільності упаковки електронного обладнання, яка одночасно є і критерієм мініатюризації, стають все більш нагальними і складними проблеми, пов'язані з підтриманням температурного режиму і охолодженням напівпровідникових пристроїв. Системи охолодження, які використовувалися впродовж десятиліть, вже не можуть задовольнити нові вимоги до термостабілізації і підтримки температури в заданому діапазоні, що потребує все більш комплексного підходу до їхнього вирішення. Крім цього, системи охолодження електронного устаткування зазвичай проектуються під конкретне технічне рішення, і в таких випадках відсутня можливість змінювати геометричні параметри (дизайн системи) в широкому діапазоні. З цієї причини для підвищення ефективності роботи систем охолодження мало не єдино можливим варіантом є поліпшення теплофізичних властивостей теплоносія. Саме з такою метою проводиться заміна звичайного теплоносія (вода, етанол, метанол і ін.) на нанорідину.У даній роботі експериментально досліджені теплопередавальні характеристики, такі як термічний опір та максимальний тепловий потік, двофазних мініатюрних термосифонів при використанні нанорідини як теплоносія. Дослідження проводилися з трьома видами нанорідини на основі води: з вуглецевими нанотрубками, наночастками синтетичного алмазу і аморфного вуглецю. Загальна довжина термосифона становила 700 мм, внутрішній діаметр 5 мм. Було показано, що теплопередавальні характеристики термосифонів з нанорідиною значно кращі за показники термосифонів, заправлених водою. Досліджено також вплив коефіцієнта заповнення на теплопередавальні характеристики термосифонів. Отримані результати показали перспективність використання нанорідини як теплоносія для мініатюрних термосифонів. PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2020-08-27 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2020.3-4.42 10.15222/TKEA2020.3-4.42 Technology and design in electronic equipment; No. 3–4 (2020): Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature; 42-46 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 3–4 (2020): Технология и конструирование в электронной аппаратуре; 42-46 3083-6549 3083-6530 10.15222/TKEA2020.3-4 en https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2020.3-4.42/95 Copyright (c) 2020 Kravets V. Yu., Hurov D. I. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| spellingShingle | мініатюрний термосифон термічний опір коефіцієнт заповнення нанорідина тепловий потік Kravets, Vladimir Hurov, Dmytro Теплопередавальні характеристики двофазних мініатюрних термосифонів з нанорідинами |
| title | Теплопередавальні характеристики двофазних мініатюрних термосифонів з нанорідинами |
| title_alt | Heat transfer characteristics of miniature two-phase thermosyphons with nanofluids |
| title_full | Теплопередавальні характеристики двофазних мініатюрних термосифонів з нанорідинами |
| title_fullStr | Теплопередавальні характеристики двофазних мініатюрних термосифонів з нанорідинами |
| title_full_unstemmed | Теплопередавальні характеристики двофазних мініатюрних термосифонів з нанорідинами |
| title_short | Теплопередавальні характеристики двофазних мініатюрних термосифонів з нанорідинами |
| title_sort | теплопередавальні характеристики двофазних мініатюрних термосифонів з нанорідинами |
| topic | мініатюрний термосифон термічний опір коефіцієнт заповнення нанорідина тепловий потік |
| topic_facet | miniature thermosyphons thermal resistance filling ratio nanofluid heat flux мініатюрний термосифон термічний опір коефіцієнт заповнення нанорідина тепловий потік |
| url | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2020.3-4.42 |
| work_keys_str_mv | AT kravetsvladimir heattransfercharacteristicsofminiaturetwophasethermosyphonswithnanofluids AT hurovdmytro heattransfercharacteristicsofminiaturetwophasethermosyphonswithnanofluids AT kravetsvladimir teploperedavalʹníharakteristikidvofaznihmíníatûrnihtermosifonívznanorídinami AT hurovdmytro teploperedavalʹníharakteristikidvofaznihmíníatûrnihtermosifonívznanorídinami |