27006

مدل¬سازي رياضي ديناميك قطره در انتقال حرارت چگالش قطره¬اي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك - تبديل انرژي

1400-1401

1401/2/31

دكتر حميد صفاري

مهندسي مكانيك

چگالش فرآيند تغيير فازي است كه در آن يك ماده در فاز بخار خود به فاز مايع تبديل مي¬شود. فرآيندهاي چگالش به دو شكل چگالش لايه¬اي و چگالش قطره¬اي مشاهده مي¬شود. در چگالش لايه¬اي كل سطح انتقال حرارت توسط لايه¬ي مايع پوشانده مي¬شود. بنابراين به دليل جلوگيري از تماس مستقيم بخار و سطح، انتقال حرارت سخت¬تر انجام مي¬شود. اما چگالش قطره¬اي به شكل قطره¬هاي جدا از هم رخ مي¬دهد و با ريزش مداوم قطرات، سطح چگالش در دسترس است. بنابراين در چگالش قطره¬اي شاهد انتقال حرارت بيشتري نسبت به چگالش لايه¬اي هستيم. عامل مهم در تعيين حالت چگالش، ترشوندگي است. چگالش قطره¬اي بر روي سطح آب¬گريز، و چگالش لايه¬اي بر روي سطح آب¬دوست رخ مي¬دهد. اگر ريزش و خروج قطرات در فرآيند چگالش قطره¬اي به درستي و در زمان مناسب انجام نشود، سيلابي شدن رخ مي¬دهد و انتقال حرارت كاهش مي¬يابد. يكي از راه¬هاي تسهيل خروج قطرات، استفاده از سطوح با ترشوندگي¬هاي متفاوت است. بررسي¬هاي ما بر روي سطوح تركيبي آب¬گريز-آب¬دوست به صورت نوارهاي يك در ميان انجام گرفته است. قطره¬ي ايجاد شده بر روي سطح آب¬گريز با رسيدن به شعاع خاصي يا از سطح ريزش مي¬كند، يا به دليل اختلاف انرژي سطح، به درون ناحيه¬ي آب¬دوست مكيده مي¬شود. به اين صورت، سطح تميز براي تشكيل مجدد قطرات آماده مي¬شود. در اين پژوهش به بررسي تغييرات انتقال حرارت بر روي سطح تركيبي با تغيير پارامترهاي زاويه¬ي سطح، عرض ناحيه¬ي لايه¬اي، زاويه تماس پسماند و زاويه تماس پرداخته شده است. ابتدا تأثير تغييرات زاويه¬ي سطح بر انتقال حرارت مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور زاويه¬ي تماس را بر روي 120 درجه ثابت نگه داشته شد و تغييرات انتقال حرارت را در حالي كه زاويه¬ي سطح را از 0 تا 90 درجه افزايش يافته است، بررسي شد. اين مرحله براي چهار عرض ناحيه¬ي لايه¬اي متفاوت به مقادير متفاوت 0.25، 0.5، 0.75 و 1 ميلي¬متر و چهار مقدار متفاوت 3، 5، 20 و 40 درجه براي زاويه¬ي تماس پسماند انجام شد. سپس عرض ناحيه¬ي لايه¬اي و زاويه¬ي تماس پسماند روي مقاديري كه در مرحله¬ي قبل به حداكثر شار حرارتي منتج شده بود، يعني 0.25 ميلي¬متر و 3 درجه ثابت قرار داده و تأثير زاويه¬ي تماس در محدوده¬ي 80 تا 160 درجه بر انتقال حرارت با سه مقدار متفاوت 5، 45 و 90 درجه براي زاويه¬ي سطح بررسي شد. مشاهده گرديد كه با افزايش زاويه¬ي تماس، شار حرارتي كاهش مي¬يابد.

1401/06/28

Mathematical modeling of droplet dynamics in dropwise condensation heat transfer

5/21/2023 12:00:00 AM

Condensation is a phase change process in which steam is converted to a liquid phase. Condensation phenomenon occurring on the surfaces appears in two modes including filmwise condensation and dropwise condensation. But dropwise condensation occurs in the form of separate droplets, and with a continuous drop of droplets, a fresh condensation surface is available. But in filmwise condensation, the entire heat transfer surface is covered by a liquid film. Therefore, the filmwise condensation heat transfer is less than the dropwise condensation heat transfer, due to the avoidance of direct contact between steam and the condensation surface. An important factor in determining the state of condensation is wettability. dropwise condensation occurs on the hydrophobic surface, and filmwise condensation occurs on the hydrophilic surface. Flooding occurs if the droplets fall and exit in the dropwise condensation process properly and at the right time and heat transfer is reduced. One way to accelerate the droplet exit is to use surfaces with different wettability. Our studies have been performed on the biphilic surface periodically populates hy- drophobic stripes and hydrophilic stripes. The droplet created on the hydrophobic surface either falls off the surface by reaching a certain radius, or is sucked into the hydrophilic region due to the difference in surface energy. Thus, the clean surface is prepared for the re-formation of droplets. In this study, we investigated the changes in heat transfer on the biphilic surface by changing the parameters of surface angle, filmwise region width, contact angle and contact angle hysteresis. First, the effect of surface angle changes on heat transfer has been investigated. For this purpose, we kept the contact angle constant at 120 degrees. We examined changes in heat transfer while increasing the surface angle from 0 to 90 °. This step was performed for four different filmwise region widths with different values of 0.25, 0.5, 0.75 and 1 mm and four different values of 3, 5, 20 and 40 degrees for the contact angle hysteresis. Then we set the width of the filmwise region and the contact angle hysteresis on the values that resulted in the maximum heat flux in the previous step, i.e. 0.25 mm and 3 degrees and investigated the effect of contact angle in the range of 80 to 160 degrees on heat transfer with three different values of 5, 45 and 90 degrees for surface angle. We observed that as the contact angle increased, the heat flux decreased.

انتقال حرارت چگالش , سطح تركيبي , زاويه¬ي تماس , پسماند زاويه¬ي تماس , زاويه¬ي سطح

condensation heat transfer , biphilic surface , contact angle , contact angle hysteresis , surface angle

Fatemeh Mehraein

Hamid Saffari