17457

17457

بررسي آب گريزي روي سطوح فلزات فولاد، مس و آلومينيوم با ايجاد ميكرو-نانو ساختار به كمك روش اچينگ تر، جهت افزايش انتقال حرارت در چگالش

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

اسفند ماه 1395

دكتر حميد صفاري

مكانيك

چگالش يكي از فرايندهاي مهم در صنعت است. چگالش بر روي سطح به دو صورت قطره¬اي يا لايه¬¬اي صورت مي¬گيرد. تحقيقات نشان مي¬دهد كه نرخ انتقال حرارت در فرايند چگالش قطره¬اي در حدود ده برابر از چگالش لايه¬اي بزرگتر است. اين موضوع محققان را بر آن داشته تا به دنبال روش هايي پايدار براي ايجاد چگالش قطره¬اي باشند. با توجه به ارتباط و تاثير مستقيم سطح با چگالش، با بهبود كيفيت سطح مي‌توان انتقال حرارت بهتري انتظار داشت. وجود زبري سطح در مقياس نانو و ميكرو و همچنين انرژي سطحي پايين، دو مولفه اصلي سطوح ابر آب‌گريز مي¬باشند. در اين تحقيق ايجاد خاصيت ابر آب¬گريزي بر روي فلزات فولاد زنگ نزن، آلومينيم و مس، به صورت تجربي بررسي شده است. با توجه به انرژي سطحي بالاي فلزات، ايجاد خاصيت ابر آب-گريزي روي اين سطوح علاوه بر ايجاد ميكرو نانو ساختار، نيازمند كاهش انرژي سطحي آنها مي¬باشد فرايند اچينگ با محلول هيدرو كلريك اسيد براي ايجاد زبري و خاصيت آب¬گريزي به¬كار گرفته شده است. همچنين براي ايجاد خاصيت ابر آب¬گريزي بر روي مس از دو روش استفاده شده است. در روش اول براي ايجاد ميكرو-نانو ساختار از فرايند اچينگ شيميايي با محلول كلريد آهن 3 استفاده شده است. همچنين براي كاهش انرژي سطحي و اصلاح آب¬گريزي از نشاندن اسيد چرب استئاريك بر روي سطح با روش لايه¬نشاني استفاده شده است. در روش دوم براي ايجاد زبري، فرايند اكسيداسيون و براي كاهش انرژي سطحي، لايه¬نشاني 1-اكتادسيل مركاپتان به كار گرفته شده است. ضمن بررسي اثر پارامترهاي مختلف نظير غلظت محلول اچ كننده، غلظت محلول ماده كاهنده انرژي سطحي و زمان غوطه¬وري نمونه-هاي مسي در اين محلول¬ها بر ميزان آب¬گريزي، حالت¬هاي بهبود يافته اين پارامترها به¬دست آمده است. خاصيت ابر آب¬گريزي بر روي سطح، توسط زاويه تماس استاتيكي و لغزشي قطره آب قرار گرفته بر روي آن سنجيده مي¬شود. زاويه تماس استاتيكي و لغزشي براي نمونه آب¬گريزشده مس با روش اول به ترتيب بالاتر از 153 و كمتر از 8 درجه اندازه¬گيري شده است. همچنين براي نمونه مس آب¬گريز شده با روش دوم، زاويه تماس استاتيكي و لغزشي به ترتيب بالاتر از 162 و كمتر از 2 درجه اندازه¬گيري شده است. در پايان براي بررسي اثر خاصيت آب¬گريزي بر افزايش انتقال حرارت، نمونه مس ابر آب‌گريز شده با روش دوم در دستگاه تست چگالش مورد آزمايش قرار گرفته است. واژه‌هاي كليدي: چگالش، آب¬گريزي، ميكرو-نانو ساختار، انرژي سطحي

1396/03/21

1/1/1900 12:00:00 AM

Condensation is one of the most important processes in thermal management engineering. Condensation forms on surfaces in filmwise or dropwise regime. Research has shown that heat transfer rate in the dropwise condensation is ten times higher than that of the filmwise. Therefore many investigations have been carried out to develop stable methods for fabricating surface with dropwise condensation. Considering the direct relation between the surface and condensation and their impact on each other, heat transfer enhancement can be expected to be achieved by improving the surface quality. Existence of micro/nano scale surface roughness and low surface energy are two main components of superhydrophobic surfaces. Generating superhydrophobic property on stainless steel, aluminum and copper has been investigated experimentally in this study. Due to the high surface energy of metals, generating superhydrophobic property on these surfaces requires reduction of their surface energy in addition to creating micro/nano scale on their surfaces. Chemical etching process which uses HCl acid was used to produce superhydrophobic aluminium and sainless steel and create surface roughness. Moreover two processes have been employed to generate superhydrophobic property on copper surface. In the first method, chemical etching process has been used using FeCl (III) to create micro/nano structure. Also, to reduce surface energy and enhance superhydrophobicity, stearic acid has been used on the surface by deposition process. In the second method, to create roughness, oxidation and to reduce surface energy, 1-octadecyl mercaptane was used. While investigating the effects of various parameters such as concentration of etch solution, concentration of energy surface reducer solution and immersion time of copper samples in these solutions, optimum value for each parameter was obtained. Superhydrophobic property on surface is measured by static and sliding contact angles of a water droplet placed on the surface. Static and sliding contact angles of the superhydrophobic copper sample fabricated by the first method are measured to be higher than 153 degrees and less than 8 degrees respectively. Moreover the static and sliding angle contact angles of the superhydrophobic copper sample fabricated by the second method are measured to be higher than 162 degrees and less than 2 degrees respectively. Finally, to investigate the effect of superhydrophobicity property on heat transfer augmentation, superhydrophobic copper sample (fabricated by the second method) is tested in condensation setup. Keywords: Condensation, superhydrophobicity, micro-nano structure, surface energy.