โครงการวิจัยนี้ศึกษาขีดจำกัดสมรรถนะของท่อความร้อนแบบสั่น (Oscillating heat pipe, OHP) ซึ่งเป็นสภาวะที่ OHP ไม่สามารถส่งผ่านความร้อนได้ในสภาพที่มีอุณหภูมิเท่ากันตลอด (Nonisothermal operation) หากใช้งาน OHP ที่อุณหภูมิส่วนรับความร้อนสูงกว่าขีดจำกัดนี้มากๆจะยังทำให้ ความต้านทานความร้อนของ OHP สูงเกินไปความร้อนจะส่งผ่านได้น้อย และอาจเกิดความเสียหายที่ผนังท่อบรรจุได้ หากสามารถทำนายการเกิดสภาวะนี้ได้จะทำให้ใช้งาน OHP ได้อย่างปลอดภัย โดยแบ่งงานวิจัยออกเป็นสองส่วน คือ ส่วนแรกเป็นการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการทำงานของท่อความร้อนแบบสั่น และ ส่วนหลังเป็นการศึกษาขีดจำกัดสมรรถนะของท่อความร้อนแบบสั่นจากการทดลองโดยส่วนแรกเป็นการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อศึกษาเงื่อนไขการเริ่มทำงานได้ และทำนายอัตราการส่งผ่านความร้อนเฉลี่ยของท่อความร้อนแบบสั่นชนิดวงรอบ นอกจากนี้ยังมุ่งเน้นการอธิบายพฤติกรรมของท่อความร้อนชนิดนี้ที่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลา ผ่านทางตัวแปรค่าสัมประสิทธิ์ความหน่วงการเปลี่ยนสถานะ จากการศึกษาแบบจำลองเงื่อนไขการเริ่มต้นทำงานได้นั้น พบว่าเงื่อนไขที่ทำให้ท่อความร้อนแบบสั่นชนิดวงรอบสามารถเริ่มทำงานได้คือ การขยายตัวสุทธิต้องมีค่าน้อยกว่าการหดตัวสุทธิ และแบบจำลองการทำนายเงื่อนไขการเริ่มต้นทำงานได้ของท่อความร้อนแบบสั่นชนิดวงรอบมีศักยภาพในการทำนายเงื่อนไขการทำงานได้เป็นอย่างดี โดยพบว่าแบบจำลองมีความคลาดเคลื่อน 16 เปอร์เซนต์ นอกจากนี้พบว่าเมื่อขนาดท่อเป็นไปตามเกณฑ์ของ Maezawa และความยาวส่วนทำระเหยเท่ากับความยาวส่วนควบแน่นแล้ว รูปร่างของท่อก็จะไม่มีผลต่อระดับอุณหภูมิแตกต่างที่เหมาะสมในการเริ่มทำงานได้ของท่อ ในขณะที่ระดับอุณหภูมิแตกต่างระหว่างส่วนให้ความร้อน และส่วนรับความร้อนมีบทบาทสำคัญในการกำหนดว่าท่อจะทำงานได้หรือไม่ และอัตราส่วนการเติมมีผลอย่างมากต่อเงื่อนไขระดับอุณหภูมิที่ทำให้ท่อทำงานได้ โดยที่อัตราส่วนการเติมน้อยๆ จะมีความต้องการระดับอุณหภูมิแตกต่างมาก เพื่อให้ท่อทำงานได้ ในขณะที่ตรงข้ามกันในกรณีอัตราส่วนการเติมมากๆ สำหรับแบบจำลองการส่งผ่านความร้อนเฉลี่ย การทดสอบแบบจำลองโดยใช้สารทำงานR123 แล้วเทียบกับค่าที่ได้จากการทดลองพบว่าค่าสัมประสิทธิ์ความหน่วงการเปลี่ยนสถานะสามารถ ทำนายได้โดยใช้สมการสหสัมพันธ์ S = 0.0133 [BoLe,Mix 0.65 PrMix 0.05 ReMix0.31 NLe Di2.15 ] 0.2893 และแบบจำลองทำนายค่าอัตราการส่งผ่านความร้อนเฉลี่ยมีความแม่นยำในการทำนายค่า ±19.6% นอกจากนี้แบบจำลองที่สร้างขึ้นแสดงให้เห็นว่า การเปลี่ยนแปลงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในมีผลทำให้ความต้านทานความร้อนภายในมีค่าเปลี่ยนไป โดยหากอยู่ในกรณีที่สามารถรักษาอุณหภูมิทำงานและรักษาความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิผิวส่วนทำระเหยและส่วนควบแน่นให้คงที่ในขณะที่เปลี่ยนแปลงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางแล้ว จะพบว่าความต้านทานความร้อนภายในมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพิ่มขึ้นจาก 0.66-1.06 มิลลิเมตร ในขณะที่ความต้านทานความร้อนภายในมีค่าลดลงเมื่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพิ่มขึ้นจาก 1.06-2.03 มิลลิเมตร แต่เนื่องจากการรักษาความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิผิวส่วนทำระเหย และส่วนควบแน่นให้คงที่ทำได้ยาก ดังนั้นในทางปฏิบัติจึงพบว่าการทดลองทำได้เพียงรักษาอุณหภูมิทำงานให้คงที่โดยไม่สามารถรักษาความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิผิวส่วนทำระเหยและส่วนควบแน่นให้คงที่ไว้ได้ ซึ่งในกรณีนี้อัตราการส่งผ่านความร้อนจะเพิ่มขึ้นตามขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้แบบจำลองยังแสดงให้เห็นว่าฟลักซ์การส่งผ่านความร้อนเฉลี่ยจะลดลง เมื่อเพิ่มความยาวส่วนทำระเหย สำหรับอิทธิพลของจำนวนโค้งเลี้ยวที่มีต่อการส่งผ่านความร้อนนั้น แบบจำลองแสดงให้เห็นว่า ในกรณีที่ควบคุมให้อุณหภูมิทำงานและความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิผิวส่วนทำระเหย และส่วนควบแน่นมีค่าคงที่แล้ว ฟลักซ์การส่งผ่านความร้อนมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อจำนวนโค้งเลี้ยวเพิ่มมากขึ้น และในกรณีที่ควบคุมให้อุณหภูมิทำงานมีค่าคงที่แต่ไม่ควบคุมความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิผิวส่วนทำระเหย และส่วนควบแน่นนั้น ฟลักซ์การส่งผ่านความร้อนลดลง เมื่อจำนวนโค้งเลี้ยวเพิ่มขึ้น ในท้ายที่สุดแบบจำลองพฤติกรรมแสดงให้เห็นว่าค่าสัมประสิทธิ์ความหน่วงการเปลี่ยนสถานะเป็นค่าที่มีอยู่จริง นั่นคือตัวปรับแก้ค่าสัมประสิทธิ์การพาความร้อนในการคำนวณตามแบบจำลองการส่งผ่านความร้อนเฉลี่ย และเป็นค่าที่ใช้ปรับสัดส่วนการส่งผ่านความร้อนแฝง และความร้อนสัมผัสให้ถูกต้อง การทำนายค่านี้โดยใช้ข้อมูลจากแบบจำลองพฤติกรรม เปรียบเทียบu3585 .ับข้อมูลการทดลองพบว่าการทำนายให้ความแม่นยำ ±18.81 เปอร์เซ็นต์ และการเพิ่มความร้อนให้ท่อความร้อนแบบสั่นชนิดวงรอบจะทำให้ความเร็วในการไหลเวียนของของเหลวใต้เย็นเพิ่มสูง และการพบการหยุดชั่วขณะของสารทำงานในกรณีให้ความร้อนต่ำๆนั้น เกิดจากการรบกวนความเร็วในการไหลเวียนซึ่งมีค่าน้อยอยู่แล้วให้น้อยลงอีกจนหยุดนิ่งชั่วขณะหนึ่งสำหรับส่วนหลังนั้นเป็นการทดลองเชิงปริมาณเพื่อหาค่าตัวเลขจริงของการเกิดขีดจำกัดสมรรถนะของท่อความร้อนแบบสั่น จากการทดลองพบว่าสาเหตุของการเกิดสภาวะวิกฤต หรือขีดจำกัดสมรรถนะการทำงานที่มุมเอียง ก็คือมีค่าความหนาแน่นความร้อนวิฤตต่างกันเกิดจากปรากฏการณ์ 2 ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นพร้อมๆกัน โดยปรากฏการณ์แรก เกิดจากก้อนของเหลวขัดขวางการเคลื่อนที่ของไอที่ส่วนทำระเหย และปรากฏการณ์ที่สอง เกิดจากความหนาฟิล์มของเหลวควบแน่นสำหรับส่วนหลังนั้นเป็นการทดลองเชิงปริมาณเพื่อหาค่าตัวเลขจริงของการเกิดขีดจำกัดสมรรถนะของท่อความร้อนแบบสั่น จากการทดลองพบว่าสาเหตุของการเกิดสภาวะวิกฤต หรือขีดจำกัดสมรรถนะการทำงานที่มุมเอียง ก็คือมีค่าความหนาแน่นความร้อนวิฤตต่างกันเกิดจากปรากฏการณ์ 2 ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นพร้อมๆกัน โดยปรากฏการณ์แรก เกิดจากก้อนของเหลวขัดขวางการเคลื่อนที่ของไอที่ส่วนทำระเหย และปรากฏการณ์ที่สอง เกิดจากความหนาฟิล์มของเหลวควบแน่นเหนือก้อนของเหลวที่เกิดจากการท่วมที่บางลง จากปรากฏการการแห้งแบบฟิล์มอย่างอ่อน โดยปรากฏการนี้จะทำให้ความหนาฟิล์มบางลงเท่านั้น แต่ไม่ทำให้ฟิล์มของเหลวเกิดการแห้งเหือด เมื่อสอง ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นพร้อมกันภายในท่อความร้อนแบบสั่น ก็จะทำให้เกิดขีดจำกัดสมรรถนะของท่อ ความร้อนขึ้น This project aims to investigate performance limit of the oscillating heat pipe (OHP), which is the operating state where the OHP cannot transfer throughput heat in isothermal operation. If the OHP is applied with higher temperature of heat source than this limit, its internal thermal resistances will be very high, and some deterioration might occur at its outside container wall. Prediction of such limit will definitely be beneficial for safe operation of the OHP. The research itself can be mainly divided into 2 parts: (i)establishment of mathematical model to predict the operation state of the OHP, and (ii)quantitative study of performance limit of the OHP. The established mathematical model emphasizes with starting condition as well as the average heat transfer rate of the OHP. In addition, it also explains time-response behavior of the OHP by means of the Phase Change Damping Coefficient (PCDC). It is found from the model of starting condition of the OHP that, the OHP can obviously start its operating condition when the net expansion volume of the system is lower than the condensing volume. Such established starting-condition model can clearly explain the exact condition for the OHP to start its operating state within the error range of 16% when compared with the experimental data. Besides, it is also concluded that, with its geometrical size lies in Maezawa’s criterion and the throughput transferred flux does not change, its geometrical size does not affect the appropriate temperature gradient of the start-up condition. The effect of filling ratio on the condition of starting temperature gradient is very obvious. Lower filling ratio requires higher starting temperature gradient while those OHPs with higher filling ratio need comparatively low gradient. In case of the mathematical model for the average heat transfer rate (AHRM), all the experimental data are used to verify such model and the PCDC can be correlated as follow; S = 0.0133 [BoLe,Mix 0.65 PrMix 0.05 ReMix0.31 NLe Di2.15 ] 0.2893 Such AHRM can predict the heat transfer rate of the OHP with the accuracy range of ±19.6%. It is also found that, internal diameter of the OHP affects the internal thermal resistances. In case of constant operating temperature and temperature gradient, when the internal diameter increases from 0.66 to 1.06 mm, the internal thermal resistance will dramatically increase. On the other hand, the thermal resistance will decrease when the internal diameter decreases from 1.06 to 2.03 mm. However, it is very practically difficult to keep such temperature gradient between evaporator and condenser section to be constant. In our experiments, only the operating temperature is kept constant without keeping the temperature gradient at a unique value. In such case the heat transfer rate will increase when the diameter increases. It is also predicted from the AHRM that, the average flux will be reduced when the evaporator section is decreased. The number of turns affects the heat flux such that, if the operating temperature with its gradient is kept constant, the higher the number of turns, the heat flux will drastically increase. But in case that the gradient is not constant, the higher the number of turns, the heat flux will slightly decrease. The last mathematical work of time-response model reveals the existence of the PCDC. Basically the PCDC is the correction factor of the convection heat transfer coefficient applying in the AHRM. The PCDC can be applied as the correction factor for the ratio of the sensible and latent heat using in the AHRM. Comparing with the experimental data shows the accuracy range of ±18.8%. Increasing heat input of the OHP will dramatically support the circulating velocity of the subcooled liquid. The reason why the temporary change in circulating direction is frequently found is because there exists the disturbance of the always-low circulating velocity such that the system temporarily stops. The latter research deals with the quantitative experimental works supporting the former model as well as establishment of the correlation to predict the performance limit. It is discovered that, the performance limit in the inclined OHP is caused by two simultaneous phenomena that occur inside the OHP itself. The first phenomenon deals with liquid lump which obstruct the flow passage of the vapor from evaporator to condenser section. The second one originates from the liquid film at upper part of the evaporator section is getting thinner such that the dryout easily occur at the same heat input. When these two phenomena simultaneously occur inside the OHP, the performance limit is instantaneously induced and the OHP cannot successfully operate.