مدل تحلیلی برای تعیین ضریب هدایت گرمایی مؤثر در شبکه لانه‌زنبوری با انتشار گرما از مرکز محور استوانه‌ای

نوع مقاله : یادداشت فنی

نویسنده

پژوهشکده فوتونیک و فن‌آوری‌های کوانتمی، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی

چکیده

در این مقاله، با استفاده از مدل شبکه‌های مقاومت حرارتی، رابطه تحلیلی برای تعیین ضریب هدایت گرمایی مؤثر در استوانه متخلخل با ساختار لانه‌زنبوری ارائه شده است. هدایت گرما در این ساختار از محور مرکزی استوانه به سمت بیرون صورت می‌گیرد. با استفاده از این مدل جدید، بدون نیاز به نرم‌افزارهای تخصصی، می‌توان ضریب انتقال حرارتی در کل ساختار لانه‌زنبوری را در حجم داده‌ها تعیین کرد. این مدل در مبدل گرمایی فرضی با مواد رایج مورد استفاده در مبدل‌ها، مانند مس، آلومینیوم و فولاد ضدزنگ، اعمال شد.
برای محاسبه ضریب هدایت گرمایی مؤثر کل ساختار، محاسبات در سه مرحله انجام می‌شود. در گام اول، مقاومت گرمایی سلول‌های واحد تعیین می‌شود. برخلاف شبکه مثلثی، شبکه لانه‌زنبوری دارای دو نوع سلول واحد است. با در نظر گرفتن شبکه مقاومت موازی سلول‌های واحد، می‌توان ضریب هدایت گرمایی در هر لایه را تعیین کرد. در مرحله نهایی، با جمع مقاومت گرمایی لایه‌ها که به‌صورت سری در جهت شار گرمایی قرار گرفته‌اند، مقاومت گرمایی و در نهایت ضریب هدایت گرمایی مؤثر شبکه لانه‌زنبوری به‌دست می‌آید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

An Analytical Model for Determining the Effective Thermal Conductivity Coefficient in a Honeycomb Network with Heat Dissipation from the Central Cylindrical Axis

نویسنده [English]

  • Maryam Karimi
Faculty of Photonic and Quantum Technology Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI.
چکیده [English]

This paper presents an analytical model based on the thermal resistance network method to determine the effective thermal conductivity of a porous cylindrical lattice with a honeycomb structure, where heat flows radially outward from the central axis. The model offers a simple, software-independent solution for thermal analysis in applications like heat exchangers and photonic crystal fibers. The methodology involves a three-stage calculation: determining the thermal resistance of the unit cells (accounting for two types: with and without a fluid-filled hole), calculating the effective conductivity for each concentric layer by considering parallel resistances, and finally summing the series resistances of all layers to find the overall effective thermal conductivity. Applied to common materials like copper, aluminum, and stainless steel with water as the filler fluid, the model reveals that the unit cell's orientation to the heat flux has a negligible impact. Furthermore, the overall effective thermal conductivity stabilizes significantly with more than five layers, providing a key design insight for optimizing thermal performance and material usage.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermal conductivity coefficient؛
  • honeycomb structure؛
  • theoretical model؛
  • thermal resistance