16366

16366

بررسي تأثير نانو سيم هاي رشد كرده بر روي سطح مس در فرآيند جوشش استخري

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

آبان 1395

دكتر حميد صفاري - دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور

مكانيك

چكيده محدوديت منابع انرژي و نياز تجهيزات صنعتي مختلف به كوچك¬تر شدن ، نيازِ به سيستم¬هاي كارآمد براي برداشتن مقادير زيادي گرما از يك سطح كوچك را پيش از پيش ضروري¬تر مي¬سازد. جوشش استخري يكي از روش¬هاي اثبات¬شده در حذف شار¬هاي حرارتي زياد در يك سوپرهيت ديواره اندك، مي-باشند كه در تبديل انرژي، سيستم¬هاي مبدل حرارتي و خنك¬كاري قطعات الكترونيكي با چگالي انرژي بالا كاربرد فراواني دارد. عملكرد انتقال حرارت جوشش استخري را مي¬توان با استفاده از روش¬هاي مختلفي مانند استفاده از سطوح بهبود¬يافته، افزايش داد. اساس بهبود بر مبناي افزايش ضريب انتقال حرارت و بيشينه شار حرارتي مي¬باشد. رساله حاضر بر ساخت سطوح ميكرو/نانو¬ساختار توسط روش¬هاي حرارتي، شيميايي و مكانيكي به منظور افزايش انتقال حرارت در فرآيند جوشش استخري تأكيد دارد. در اين تحقيق ابتدا عملكرد جوشش استخري يك سطح ساده مسي بررسي مي¬گردد. براي بهبود عملكرد گرمايي اين سطح از روش¬هاي تركيبي بهره برده شده¬است. ابتدا براي بهبود شار حرارتي بحراني و ضريب انتقال حرارت، بر روي كل سطح به كمك روش شيميايي خيس، نانو¬ميله رشد داده مي¬شود. با توجه به افزايش شار حرارتي بحراني و كاهش ضريب انتقال حرات به دليل افزايش تر¬شوندگي سطح، در مرحله بعد به جهت بهبود ضريب انتقال حرارت، بر روي سطح مزو¬كانال¬ ساخته مي¬شود. در اين مرحله با توجه به افزايش سايت¬هاي هسته¬زايي ضريب انتقال حرارت بهبود يافته ولي با توجه به از دست رفتن بخشي از مساحت سوپرآبدوست، شار حرارتي بحراني افت مي¬كند. براي بهبود اين پارامتر، از يك لايه متخلخل سوپرآبدوست درون كانال استفاده مي¬شود. با اين كار علاوه بر بهبود ضريب انتقال حرارت به دليل افزايش سايت¬هاي هسته¬زايي، شار حرارتي بحراني نيز بدليل افزايش تر¬شوندگي و خاصيت مويينگي و همچنين افزايش مساحت سطح انتقال حرارت، بهبود مي¬يابد. در هر مرحله سعي شده است عملكرد گرمايي با استفاده از تصاوير بدست آمده از رشد حباب بر روي سطوح توضيح داده شود. همچنين تأثير هر تغيير مورفولوژي سطح بر ديناميك حباب بررسي شده است. براي يك سطح منابع خطا بررسي شده و نتايج به صورت نمودار ارائه شده¬است. در انتها سطح بهينه براي بهترين عملكرد گرمايي معرفي مي¬گردد. در اين رساله سعي شده¬است تا جاي امكان از روش¬هاي ساده و كم هزينه استفاده شود. در برخي موارد كه اين روش¬ها بدلايلي امكان پذير نبوده اند، سعي بر استفاده از روش¬هاي جايگزين ديگر براي ساخت سطوح بوده¬است. واژه‌هاي كليدي: جوشش استخري ، مزو¬كانال، تر¬شوندگي، پوشش متخلخل، نانو¬سيم

1395/11/03

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Restriction of energy resources an​d the need for different industrial equipments to become smaller, necessitates the need for efficient systems for removal of large amounts of heat from a small surface area. Pool boiling is one of the proven ways to remove high heat flux at a low wall superheat, having numerous applications in energy conversion, heat exchanger systems an​d cooling electronical components with high energy density. Pool boiling heat transfer performance can be improved using various methods such as use of treated surfaces. The foundation of this improvement is based on increasing heat transfer coefficient an​d critical heat flux. The present thesis emphasizes on the construction of Micro/Nano-structured surfaces using thermal, chemical an​d mechanical methods to enhance heat transfer in pool boiling process. In this study, pool boiling performance of a simple copper surface is initially investigated. To improve the thermal performance of this surface, combined methods are utilized. First, to improve critical heat flux an​d heat transfer coefficient, Nanorods are grown on the entire surface using wet chemical method. Regarding the increase in critical heat flux an​d the decrease in heat transfer coefficient, resulting from increase in surface wettability, the next step is improving heat transfer coefficient by fabricating mesochannels on the surface. At this stage, nucleation sites increase improves heat transfer coefficient, however, due to the reduction of superhydrophilic surface area, the critical heat flux drops. To enhance this parameter, a superhydrophilic porous layer is fabricated in the mesochannels. By doing so, in addition to improvement of heat transfer coefficient due to increase in nucleation sites, critical heat flux will also improve as a result of increase in surface wetting an​d capillary properties, as well as increased heat transfer surface area. At each stage it has been endeavored to explain the thermal performance using images obtained by growth of bubbles on the surface. Moreover, the morphology change effect for every surface on bubble dynamics is investigated. Error sources for a single surface as a sample are examined an​d the results are presented as graphs. Finally, the optimal surface for the best thermal performance is introduced. In this thesis, effort has been made as much as possible to use simple an​d low-cost methods. In some cases where these methods were not applicable, attempts were made at using other alternative methods to fabricate surfaces. Keywords: pool boiling, Mesochannel, wettability, porous coating, Nanowire