17034

17034

تاثير نشست نانوذرات بر سطوح ساختاري به منظور بهبود فرآيند جوشش استخري

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي - ديناميك سيالات

آبان ماه 1395

دكتر حميد صفاري - دكتر مصطفي حسينعلي پور

مكانيك

چكيده استفاده از پوشش نانو براي ارتقاي عملكرد جوشش استخري، به دليل كنترل بهتر خواص سطح و تاثير زياد آن در بهبود انتقال حرارت، بسيار مورد توجه است. براي مطالعه¬ي ارتقاي انتقال حرارت جوشش استخري آب مقطر درفشار اتمسفريك، نانوذرات نقره در دو غلظت متفاوت بر روي سطح صيقلي مسي نشانده شد. ميكروساختار، توپوگرافي و زاويه¬ي تماس سطوح حاصل بررسي گرديد. مشاهده شد با افزايش غلظت نانوسيال روي سطح، رسوب توده¬اي و آبگريزي افزايش ولي پايداري پوشش تشكيل يافته كاهش يافت. آزمون جوشش نشان داد كه با افزايش غلظت نانوسيال، شار حرارتي بحراني (CHF) و ضريب انتقال حرارت (HTC) افزايش مي¬يابد. در اين مطالعه همچنين اثر نانو-نشست روي سطوح ساختاريافته با ميكروكانال¬هاي مايل و ته گرد بررسي شد. غلظت بهينه با خاصيت آبگريزي بر روي ميكروكانال¬هاي مايل و مايل-ته گرد نشانده شد. اثرات ته گردي، آبگريزي و هسته زايي بر روي ديناميك حباب مطالعه شد و منحني هاي جوشش استخري با هم مقايسه شد. مشاهده شد كه سطح ساختاريافته با ميكروكانال¬هاي مايل و ته گرد در مقايسه با سطح صيقلي، عملكرد جوشش استخري را ارتقا ميدهند. در ادامه، سطوح تركيبي كه شامل پوشش سطح داخل كانال¬هاي مايل و ته گرد با استفاده از نانوذرات نقره بود، بالاترين مقادير CHF و HTC را كه به ترتيب برابر W/cm2196 و W/cm2K10 است را به خود اختصاص دادند كه به ترتيب %120 و %100 بالاتر از مقادير مربوط به سطح صيقلي مس مي¬باشد. در مرحله بعدي آزمايش، فوم¬هاي مسي با ويژگي¬هاي مختلف بر روي سطح صيقلي مس جوش داده شد، و سپس تحت پوشش نانوسيال قرار گرفتند و آزمون جوشش استخري بر روي آنها انجام شد. ارتقاي انتقال حرارت جوششي اين سطوح در مقايسه با سطح صيقلي به افزايش سايت¬هاي هسته زايي، افزايش سطح تماس حرارتي، مقاومت جدايش حباب و مكش سيال مايع از طريق مويينگي بستگي دارد. سطوح پوشش يافته عملكرد حرارتي بهتري را نشان دادند و اين ارتقا براي سطح با تخلخل كمتر، چشمگير بود. پوشش نانوذره با كاهش سايز حباب¬هاي جدا شده مقاومت جدايش حباب را كاهش ميدهد. در بهترين حالت CHF و HTC را به ترتيب به ميزان %53 و %65 نسبت به سطح صيقلي مس افزايش دادند. واژه‌هاي كليدي: جوشش استخري، مس، نانوذرات نقره، ميكروكانال مايل و ته¬گرد، فوم فلزي

1396/01/19

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Employment of nano-coating method to enhance pool boiling performance has attracted too many researchers due to better control over surface properties an​d its significant effect on heat transfer improvement. In order to study pool boiling enhancement silver nanoparticles were deposited on copper substrate by boiling a new industrial nanofluid (DZ Nanocoolant) in two different concentrations to investigate the saturated pool boiling enhancement of distilled water under atmosphere pressure. Microstructure, surface topography, an​d contact angle of the polished surfaces were examined. As the nanoparticle concentration increased, the cluster deposition an​d hydrophobicity increased, however the deposition stability was decreased. The experimental results indicated that by increasing nanofluid concentration to reach nanocoated polished surfaces, the critical heat flux (CHF) an​d heat transfer coefficient (HTC) of pool boiling increased. Nano-fins are introduced as a new concept for heat transfer enhancement. In order to investigate nano-coating an​d structured surfaces blending effect inclined an​d reentrant microchannels were used. The optimum concentration with hydrophobic characteristics was deposited on the reentrant inclined microchannel. Effects of reentrancy an​d hydrophobicity on bubble dynamics were observed an​d pool boiling curves were compared. It was observed that inclination an​d reentrancy enhanced pool boiling performance in comparison with polished copper. Finally, as expected, the combined modification including coating the surface with deposited silver nanoparticles in internal side of reentrant inclined microchannel possesses the highest CHF an​d HTC of 196W/cm2 an​d 10W/cm2K, respectively which are 120% an​d 100% higher than those of the plain surface. In the next stage of experiment, copper foams were welded to copper flat surfaces with two different properties, afterwards these two surfaces were coated using previous method. Pool boiling experiment were conducted using these surfaces. Enhancement of pool boiling heat transfer of these surfaces depend on increasing nucleation sites, increasing thermal contact area, decreasing bubble escape resistance an​d increasing capillary effect of foam to pump bulk liquid back. Coated surfaces exhibited better thermal enhancement an​d at the best performance they increased CHF an​d HTC about 53% an​d 65% respectively in comparison to copper polished surface. The enhancement was significant for the surface with less porosity. Nano-coating decreases bubbles escape resistance by decreasing bubbles departure diameter an​d improves heat transfer by increasing contact area through nano-fins. Keywords: Pool boiling; Copper; Silver nanoparticle; Inclined an​d Reentrant Microchannel; Metal foam Keywords: Pool boiling; Copper; Silver nanoparticle; Inclined an​d Reentrant Microchannel; Metal foam