السيفون الحراري
 | تتضمن هذه المقالة قائمة بالمراجع العامة ، لكنها تفتقر إلى الاستشهادات المضمنة الكافية . ( مارس 2009 ) |
السيفون الحراري (أو السيفون الحراري ) هو جهاز يستخدم طريقة تبادل الحرارة السلبي القائمة على الحمل الحراري الطبيعي ، والذي يدور السائل دون الحاجة إلى مضخة ميكانيكية. يستخدم السيفون الحراري لتداول السوائل والغازات المتطايرة في تطبيقات التدفئة والتبريد مثل مضخات الحرارة وسخانات المياه والغلايات والأفران. يحدث السيفون الحراري أيضًا عبر تدرجات درجة حرارة الهواء مثل تلك التي تحدث في مدخنة الحطب أو مدخنة الطاقة الشمسية .
يمكن أن تكون هذه الدورة إما حلقة مفتوحة، كما هو الحال عندما يتم تمرير المادة الموجودة في خزان التخزين في اتجاه واحد عبر أنبوب نقل ساخن مثبت في أسفل الخزان إلى نقطة توزيع - حتى لو كان مثبتًا فوق الخزان الأصلي - أو يمكن أن تكون دائرة مغلقة رأسية مع العودة إلى الحاوية الأصلية. الغرض منها هو تبسيط نقل السائل أو الغاز مع تجنب تكلفة وتعقيد المضخة التقليدية.
سيفون حراري بسيط
.jpg/1280px-Solar_panels_and_water_tanks_on_Tel_Aviv_rooftops_(10009).jpg)
تبدأ عملية الحمل الحراري الطبيعي للسائل عندما يؤدي انتقال الحرارة إلى السائل إلى نشوء فرق في درجة الحرارة من أحد جانبي الحلقة إلى الجانب الآخر. وتعني ظاهرة التمدد الحراري أن الفرق في درجة الحرارة سيكون له فرق مماثل في الكثافة عبر الحلقة. فالسائل الأكثر دفئًا على أحد جانبي الحلقة أقل كثافة وبالتالي أكثر طفوًا من السائل الأكثر برودة على الجانب الآخر. وسوف "يطفو" السائل الأكثر دفئًا فوق السائل الأكثر برودة، وسوف "يغرق" السائل الأكثر برودة أسفل السائل الأكثر دفئًا. وتُعرف ظاهرة الحمل الحراري الطبيعي هذه بالقول "ترتفع الحرارة". ويحرك الحمل الحراري السائل الساخن إلى أعلى في النظام حيث يتم استبداله في نفس الوقت بالسائل الأكثر برودة العائد بفعل الجاذبية. ويتميز السيفون الحراري الجيد بمقاومة هيدروليكية ضئيلة للغاية بحيث يمكن للسائل أن يتدفق بسهولة تحت الضغط المنخفض نسبيًا الناتج عن الحمل الحراري الطبيعي.
أنابيب الحرارة
في بعض الحالات، قد يقل تدفق السائل بشكل أكبر، أو يتوقف، ربما لأن الحلقة ليست ممتلئة بالكامل بالسائل. في هذه الحالة، لم يعد النظام يعمل بالحمل الحراري، لذا فهو ليس "مثقابًا حراريًا" عاديًا.
لا يزال من الممكن نقل الحرارة في هذا النظام عن طريق تبخر وتكثيف البخار؛ ومع ذلك، يتم تصنيف النظام بشكل صحيح على أنه أنبوب حراري حراري . [1] [2] إذا كان النظام يحتوي أيضًا على سوائل أخرى، مثل الهواء، فإن كثافة تدفق الحرارة ستكون أقل من تلك الموجودة في أنبوب حراري حقيقي، والذي يحتوي على مادة واحدة فقط.
تم وصف السيفون الحراري أحيانًا بشكل غير صحيح بأنه "أنبوب حراري عائد للجاذبية". [3] تحتوي الأنابيب الحرارية عادةً على فتيل لإعادة المكثف إلى المبخر عبر الخاصية الشعرية . لا يلزم وجود فتيل في السيفون الحراري لأن الجاذبية تحرك السائل. [4] يسمح الفتيل لأنابيب الحرارة بنقل الحرارة عندما لا تكون هناك جاذبية، وهو أمر مفيد في الفضاء. السيفون الحراري "أبسط" من أنبوب الحرارة. [5]
لا تستطيع السيفونات الحرارية (أحادية الطور) نقل الحرارة إلا "إلى الأعلى" أو بعيدًا عن متجه التسارع. وبالتالي، فإن التوجيه أكثر أهمية بالنسبة للسيفونات الحرارية مقارنة بأنابيب الحرارة. كما يمكن أن تفشل السيفونات الحرارية بسبب وجود فقاعة في الحلقة، وتتطلب حلقة دائرية من الأنابيب.
إعادة الغلايات والكالاندريا
إذا قاومت أنابيب السيفون الحراري التدفق، أو تم تطبيق حرارة زائدة، فقد يغلي السائل. ونظرًا لأن الغاز أكثر طفوًا من السائل، فإن الضغط الحملي يكون أكبر. هذا اختراع معروف يسمى إعادة الغلاية . تسمى مجموعة إعادة الغلايات المتصلة بزوج من البلينا كالاندريا. في بعض الظروف، على سبيل المثال نظام التبريد لسيارة قديمة (قبل الخمسينيات)، سيؤدي غليان السائل إلى توقف النظام عن العمل، حيث يزيح حجم البخار الناتج الكثير من الماء ويتوقف الدوران.
مصطلح "الثرموسيفون المتغير الطور" هو تسمية خاطئة ويجب تجنبها. [ بحاجة لمصدر ] عندما يحدث تغير طور في الترموسيفون، فهذا يعني أن النظام إما لا يحتوي على سائل كافٍ، أو أنه صغير جدًا بحيث لا يمكنه نقل كل الحرارة عن طريق الحمل الحراري وحده. لتحسين الأداء، هناك حاجة إلى المزيد من السوائل (ربما في ترموسيفون أكبر)، أو يجب ضخ جميع السوائل الأخرى (بما في ذلك الهواء) خارج الحلقة.
طاقة شمسية
تُستخدم السيفونات الحرارية في بعض أنظمة التدفئة الشمسية القائمة على السوائل لتسخين سائل مثل الماء . يتم تسخين الماء بشكل سلبي بواسطة الطاقة الشمسية ويعتمد على نقل الطاقة الحرارية من الشمس إلى المجمع الشمسي . يمكن نقل الحرارة من المجمع إلى الماء بطريقتين: بشكل مباشر حيث يدور الماء عبر المجمع، أو بشكل غير مباشر حيث يحمل محلول مضاد للتجمد الحرارة من المجمع وينقلها إلى الماء في الخزان عبر مبادل حراري . يسمح الحمل الحراري بحركة السائل الساخن خارج المجمع الشمسي ليحل محله سائل أكثر برودة يتم تسخينه بدوره. وبسبب هذا المبدأ، من الضروري تخزين الماء في خزان فوق المجمع. [6]
بنيان
في المواقع التي تهيمن عليها تاريخيًا ظروف التربة الصقيعية، يمكن استخدام السيفونات الحرارية لمقاومة القوى الجيولوجية المعاكسة على أسس المباني وخطوط الأنابيب وغيرها من الهياكل الناجمة عن ذوبان التربة الصقيعية. [7] أفادت دراسة نشرتها شركة النفط العملاقة كونوكو فيليبس عام 2006 أن التربة الصقيعية في ألاسكا، والتي بُني عليها جزء كبير من البنية التحتية للولاية، تدهورت منذ عام 1982 وسط درجات حرارة دافئة قياسية. [8] وفقًا لمركز أبحاث مناخ ألاسكا بجامعة ألاسكا فيربانكس ، ارتفعت درجة الحرارة السنوية المتوسطة في ألاسكا بين عامي 1949 و2018 بمقدار 4.0 درجة فهرنهايت، مع زيادة قدرها 7.2 درجة فهرنهايت خلال فصل الشتاء. [9]
الحوسبة
تُستخدم السيفونات الحرارية لتبريد مكونات الكمبيوتر الداخلية بالماء، [10] وأكثرها شيوعًا المعالج . وبينما يمكن استخدام أي سائل مناسب، فإن الماء هو أسهل سائل يمكن استخدامه في أنظمة السيفونات الحرارية. وعلى عكس أنظمة التبريد بالماء التقليدية، لا تعتمد أنظمة السيفونات الحرارية على مضخة ولكن على الحمل الحراري لنقل الماء الساخن (الذي قد يتحول إلى بخار) من المكونات إلى الأعلى إلى مبادل حراري. وهناك يتم تبريد الماء ويكون جاهزًا لإعادة التدوير. المبادل الحراري الأكثر استخدامًا هو المبرد ، حيث تنفخ المراوح الهواء بنشاط عبر مساحة سطح متزايدة لتكثيف البخار إلى سائل. يسقط السائل الأكثر كثافة، وبالتالي يتم إعادة تدويره عبر النظام وتكرار العملية. لا يلزم وجود مضخة. يتم تشغيل دورة التبخر والتكثيف بواسطة الفرق في درجة الحرارة والجاذبية.
الاستخدامات
بدون تبريد مناسب، يمكن أن تصل شريحة المعالج الحديثة بسرعة إلى درجات حرارة تسبب عطلًا. حتى مع وجود مشتت حراري ومروحة مشتركين، قد تصل درجات حرارة تشغيل المعالج النموذجية إلى 70 درجة مئوية (160 درجة فهرنهايت). يمكن أن ينقل السيفون الحراري الحرارة بكفاءة على نطاق درجة حرارة أوسع بكثير ويمكنه عادةً الحفاظ على درجة حرارة المعالج أقل بمقدار 10-20 درجة مئوية من المشتت الحراري والمروحة التقليديين. في بعض الحالات، من الممكن أيضًا أن يغطي السيفون الحراري مصادر حرارة متعددة، ومن حيث التصميم، يكون أكثر إحكاما من المشتت الحراري والمروحة التقليديين بالحجم المناسب.
العيوب
يجب تركيب السيفونات الحرارية بحيث يرتفع البخار ويتدفق السائل إلى أسفل إلى المرجل، دون وجود انحناءات في الأنابيب لتجمع السائل. كما تحتاج مروحة السيفون الحرارية التي تبرد الغاز إلى هواء بارد للعمل. يجب أن يكون النظام محكم الغلق تمامًا؛ وإلا فلن تنجح عملية السيفون الحرارية ولن يتبخر الماء إلا خلال فترة زمنية قصيرة.
تبريد المحرك
.jpg/1280px-Thermo-syphon_cooling_circulation_(Manual_of_Driving_and_Maintenance).jpg)
استخدمت بعض السيارات والمركبات الآلية والمعدات الزراعية والصناعية التي تعمل بمحركات في وقت مبكر دورة السيفون الحراري لتحريك مياه التبريد بين كتلة الأسطوانة والمبرد. تعتمد طريقة دوران المياه هذه على إبقاء كمية كافية من الهواء البارد تتحرك عبر المبرد لتوفير فرق درجة حرارة كافٍ؛ تم إنجاز حركة الهواء من خلال الحركة الأمامية للمركبة واستخدام المراوح. مع زيادة قوة المحرك، كان هناك حاجة إلى زيادة تدفق المياه، لذلك تمت إضافة مضخات تعمل بالمحرك للمساعدة في الدورة. بدأت المحركات الأكثر إحكاما في استخدام مشعات أصغر وتتطلب أنماط تدفق أكثر تعقيدًا، لذلك أصبح دوران المياه معتمدًا بالكامل على المضخة وقد ينعكس حتى ضد اتجاهها الطبيعي. المحرك الذي يدور مياه التبريد الخاصة به فقط بواسطة السيفون الحراري يكون عرضة لارتفاع درجة الحرارة أثناء فترات الخمول الطويلة أو السفر البطيء للغاية لأن نقص الحركة الأمامية يوفر تدفق هواء ضئيل للغاية عبر المبرد، ما لم تتمكن مروحة واحدة أو أكثر من تحريك ما يكفي من الهواء من تلقاء نفسها. أنظمة السيفون الحراري حساسة للغاية أيضًا لمستوى سائل التبريد المنخفض، أي أن فقدان كمية صغيرة فقط من سائل التبريد يوقف الدورة؛ يعتبر النظام الذي يعمل بالمضخة أكثر قوة ويمكنه عادةً التعامل مع مستوى سائل تبريد أقل.
آلات صنع الإسبريسو
تستخدم العديد من تصميمات آلات الإسبريسو سيفون حراري للحفاظ على درجة حرارة ثابتة.
تحتوي ماكينة الإسبريسو E-61 على رأس مجموعة مزود بمرشح حراري. هذا الرأس شائع في العديد من ماكينات الإسبريسو اليوم.
تحتوي بعض آلات الإسبريسو ذات الرافعة على جدار مزدوج حول المكبس في مجموعتها والذي يستخدم في السيفون الحراري. ومن الأمثلة الحديثة على ذلك الآلات من شركة لوندينيوم.
انظر أيضا
- الحمل الحراري – تدفق السوائل الذي يحدث بسبب خصائص السوائل غير المتجانسة وقوى الجسم
- مضخة الحرارة الجوفية – نظام لنقل الحرارة من/إلى الأرض
- أنبوب الحرارة – جهاز نقل الحرارة الذي يستخدم انتقال الطور وأنبوب الحرارة الحلقي – جهاز نقل الحرارة ثنائي الطور
- الطاقة الشمسية السلبية – الهندسة المعمارية التي تستخدم حرارة الشمس دون أنظمة كهربائية أو ميكانيكية
- إعادة الغليان – المبادلات الحرارية المستخدمة عادة لتوفير الحرارة إلى أسفل أعمدة التقطير الصناعية
- السيفون – جهاز يتضمن تدفق السوائل عبر الأنابيب
- التدفئة الشمسية – جهاز يجمع الحرارة
- السيفون الحراري – عنصر تبادل الحرارة في صندوق النار في بعض الغلايات البخارية
- التبريد بالضغط البخاري – عملية التبريد
- التبريد المائي – طريقة لإزالة الحرارة من المكونات والمعدات الصناعية
- توماس فاولر (مخترع) – مخترع بريطاني
مراجع
- ^ "تقنية السيفون الحراري للتجميد الأرضي الاصطناعي (AGF)". simmakers.com . Simmakers Ltd. 2017. مؤرشف من الأصل في 5 مارس 2021 . تم الاسترجاع في 23 يناير 2021 .
- ^ Holubec I (2008). "Flat Loop Thermosyphon Foundations in Warm Permafrost (Prepared for Government of the NT Asset Management Division Public Works and Services and Climate Change Vulnerability Assessment Canadian Council of Professional Engineers" (PDF) . geocryology.files.wordpress.com .
- ^ "مبادئ أنابيب الحرارة المفرغة". BTF Solar . 2007. مؤرشف من الأصل في 17 أغسطس 2014. تم الاسترجاع في 23 يوليو 2021 .
- ^ "مبادلات حرارية من نوع ترموسيفون". Apogee Interactive . مؤرشف من الأصل في 3 أبريل 2013 . تم الاسترجاع في 23 يوليو 2021 .
- ^ Haslego, C (Nov 8, 2010). "ما هو أنبوب الحرارة؟". مجتمع Cheresources.com . مؤرشف من الأصل في 27 أكتوبر 2023.
- ^ Norton B (2011). "Solar Water Heaters: A Review of Systems Research and Design Innovation". Green . 1 (2): 189–207. doi :10.1515/green.2011.016. S2CID 138026949.
- ^ Wagner AM (2014). "Review of Thermosyphon Applications" (PDF) . ERDC/CRREL TR-14-1. مركز أبحاث وتطوير مهندسي الجيش الأمريكي (ERDC). مؤرشف من الأصل (PDF) في 25 يونيو 2021. تم الاسترجاع في 24 يونيو 2021 .
- ^ Jorgenson MT, Shur YL, Pullman ER (2006). "الزيادة المفاجئة في تدهور التربة الصقيعية في القطب الشمالي في ألاسكا". Geophysical Research Letters . 33 (2): L02503. Bibcode :2006GeoRL..33.2503J. doi : 10.1029/2005GL024960 .
- ^ "التغير الإجمالي في متوسط درجات الحرارة الموسمية والسنوية (°ف)، 1949-2018". مركز أبحاث المناخ في ألاسكا (مخطط من المقال). المعهد الجيوفيزيائي، جامعة ألاسكا فيربانكس. مؤرشف من الأصل في 2021-09-09 . تم الاسترجاع في 2021-06-25 .
{{cite web}}: رابط خارجي في|type= - ^ Kuemel B (2005). "مروحة تبريد بخار وحدة المعالجة المركزية". overclockers.com . تم الاسترجاع في 26 أغسطس 2012 .
روابط خارجية
- تقرير مختبرات HP عن السيفونات الحرارية المستخدمة في تبريد أجهزة الكمبيوتر (PDF)
