17244

17244

تاثير پارامترهاي سطح بر روي جوشش استخري سطوح ميكرو/نانوساختار

دكتري

تبديل انرژي

بهمن 1395

دكتر حميد صفاري نطنزي

مكانيك

مبحث انتقال حرارت همراه تغيير فاز از مايع به بخار با نظر به مسائل بحران انرژي و افزايش بازدهي انتقال حرارت، كوچك سازي تجهيزات و خنك كاري بهينه، افزايش ايمني و بهبود توان نيروگاه هاي هسته اي، افزايش بازدهي بويلرها و مبدل ها موردتوجه محققين قرار گرفته است. توجه عمده با توجه به پيشرفت هاي اخير، در زمينه استفاده از سطوح ميكرو/نانوساختار براي بهبود فرآيند تغييرفاز بوده است. ميزان تاثير پارامترهاي ساختار سطح گرمكن بر افزايش بازدهي فرآيند جوشش، هنوز با ابهاماتي همراه است. تحقيقات اخير مهمترين پارامترهاي سطح در فرآيند جوشش را تخلخل، ترشوندگي و ساختار زبري دانسته اند. در اين رساله، سطوح ميكرو/نانوساختار بر اساس پارامترهاي موثر سطح به صورت سطوح متخلخل، آبدوست، كانال دار و تركيبي، بر روي زيرلايه مسي ساخته شده و تاثير آن ها بر بهبود فرآيند جوشش استخري آب در فشار اتمسفري مشاهده و گزارش مي گردد. پس از بيان مباني جوشش استخري و مزاياي بهبود فرآيند، خلاء هاي تحقيقاتي با مرور ادبيات اخير بررسي مي گردد. در اين رساله مشابه اغلب تحقيقات در زمينه بهبود جوشش، مطالعه تجربي بر مبناي مقايسه سطوح بهبوديافته با سطح شاهد و تفسير عملكرد قرار دارد. بدين منظور طرح مطالعات تجربي مقايسه اي و دستگاه آزمايش ساخته شده، ارائه مي گردد. در فصل چهارم، با توجه به مشكلات ساخت تخلخل با فرآيند تف جوشي و مزاياي روش الكترونشست براي جايگزيني، سطوح متخلخل مختلف با تغيير پارامترهاي زمان، جريان و دماي محلول الكتروليت ساخته مي شود. مشخصات ساختاري هندسي، مويينگي و زبري كه پيش بيني مي گردد در فرآيند جوشش استخري موثر باشد، اندازه گيري شده و نتايج آزمون با پيش بيني ها مقايسه مي گردد. همچنين تحليل عددي با ساده سازي مدل ارائه مي گردد. در فصل پنجم، مدل نيمه-تحليلي براي پيش-بيني جوشش استخري بر روي سطوح آبدوست ارائه مي گردد و نتايج پيش بيني با مدل هاي قبلي، نتايج آزمايشگاهي ديگران و خودمان مقايسه مي گردد. در فصل ششم، تاثير مشخصات هندسي ميكروكانال هاي مورب كه با فرآيند ماشين كاري الكتريكي ساخته شده اند، بر روي فرآيند جوشش استخري موردآزمايش قرار مي گيرد. به منظور بهبود بيشتر عملكرد، سطوح با تركيب پارامترهاي قبلي در فصل هفتم موردبررسي قرار مي گيرد. اين تركيب شامل ايجاد تخلخل بر روي كانال و تغيير ترشوندگي در داخل كانال مي شود. نتايج نشان مي دهند به ترتيب سطوح متخلخل، كانالدار و آبدوست باعث بهبود فرآيند جوشش استخري مي شوند و با تركيب پارامترهاي سطح، مي توان به بالاترين ضريب انتقال حرارت و شار حرارتي بحراني دست يافت.

1396/02/17

1/1/1900 12:00:00 AM

Topic of phase change heat transfer from liquid to vapor get important more by considering the energy challenges an​d efficiency improvement, equipment miniaturization an​d optimized cooling, improvement of insurance an​d power of nuclear reactor, boiler an​d exchanger efficiency improvement an​d etc. More attention is on recent development in fabrication of micro/nanostructured surfaces for phase change enhancement. Effect of different surface parameters on pool boiling enhancement is not clear yet. Recent researches propose the important surface characteristics on pool boiling are porosity, wettability an​d roughness. In this thesis, micro/nanostructured surfaces are fabricated on copper substrate according to effective surface parameters in shape of porous, hydrophilic, channel an​d combination of them to investigate the level of pool boiling enhancement of water in atmospheric pressure. After presenting the concept an​d advantages of pool boiling enhancement on chapter one an​d two, new research fields is recognized by literature review. Similar to most other researches in boiling enhancement, our study is based on experiment of new surfaces an​d explaining the performance. With this regard, design of experiment an​d experimental setup is explained on chapter three. In chapter four, first the problem of porous surface fabrication by sintering method is presented an​d then electrodeposition method as an optimized substitution method is used to fabricate different porous structure with changing the parameters of time, current, an​d temperature of electrolyte. Characteristics which predict is effective on boiling performance, is measured an​d boiling experiment results show acceptable agreement with predictions. In addition, numerical model with simplification is presented. In chapter five, semi-analytical model for prediction of nucleate pool boiling performance on hydrophilic surfaces by considering the static an​d dynamic contact angle is presented an​d prediction results is compared with previous model an​d experimental data. In chapter six, effect of geometrical characteristic of inclined microchannel which are fabricated with WEDM, is experimented on pool boiling performance. In order to more enhancement, combined surfaces such as porpos layer on microchannel an​d wettability change on channels is investigated. Results show porosity, channel an​d hydrophilicity are important parameters for boiling enhancement, respectively. As ecpected combined surfaces enhanced heat transfer coefficient an​d critical heat flux more than all the simple structured surfaces.