18339

۱۸۳۳۹

مدل‌سازي رياضي چگالش قطره‌اي بر روي سطوح ميكرو / نانوساختار آب‌گريز و ابرآب‌گريز

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي - علوم حرارتي

آذرماه ۱۳۹۶

دكتر حميد صفاري

مكانيك

چگالش روي سطح جامد به دو دسته چگالش لايه‌اي و چگالش قطره‌اي تقسيم مي‌شود. مطالعات مختلف نشان داده چگالش قطره‌اي داراي ضريب انتقال حرارت بسيار بالايي نسبت به چگالش لايه‌اي مي‌باشد. چگالش قطره‌اي روي سطحي مي‌تواند وجود داشته باشد كه انرژي سطحي آن پايين باشد. در سال‌هاي اخير محققين براي پايين آوردن انرژي سطحي روي زبر كردن سطح به روش‌هاي مختلف و استفاده از پوشش آب‌گريز روي اين زبري‌ها متمركز شده‌اند. اگر قطرات مايع چگاليده بالاي زبري‌ها قرار داشته و به داخل زبري نفوذ نكنند حالت كيسي و اگر اين قطرات به داخل زبري‌ها نفوذ كرده و فضاي بين زبري‌ها پر شوند حالت ونزل به وجود مي‌آيد. قطرات حالت كيسي بر خلاف حالت ونزل به دليل تماس كمتر با سطح داراي تحرك بالاتري هستند كه يك عامل افزايش انتقال حرارت مي‌باشد ولي به دليل وجود بخار در بين زبري‌ها برخلاف حالت ونزل كه از مايع چگاليده شده پر مي‌شود، داراي مقاومت حرارتي بالاتري است. پژوهش حاضر تلاش نموده انتقال حرارت دو حالت كيسي و ونزل و جمعيت اين حالت‌ها را در شرايط مختلف به دست آورد تا شناخت بهتري نسبت به عملكردهاي كيسي و ونزل در شرايط مختلف به دست آيد. همچنين در اين پژوهش تاثير شكل زبري روي سطوح، بر انتقال حرارت چگالش قطره‌اي نيز بررسي شده است. براي انجام اين كار دو نوع سطح زبر با شكل زبري‌هاي هرمي و مخروطي و حالت‌هاي حدي آن‌ها يعني شكل‌هاي استوانه‌اي و منشور مربعي مطالعه شده‌اند. انجام مقايسه شكل‌هاي زبري مختلف در كسرهاي جامد و ضريب زبري‌هاي يكسان انجام شده است. از نتايج به دست آمده مي توان به اين موارد اشاره كرد: در انتقال حرارت چگالش قطره‌اي هيچ يك از حالت‌هاي كيسي يا ونزل به‌طور عمومي بهترين نيستند و شرايط سطح از قبيل انرژي سطحي، هندسه سطح و ترتيب زبري‌ها تعيين‌كننده بهترين حالت جهت انتقال حرارت مي‌باشد. انتقال حرارت در چگالش قطره‌اي را مي‌توان با اصلاح هندسه زبري افزايش داد و انتقال حرارت زبري‌هاي هرمي و مخروطي بيشتر از زبري‌هاي استوانه‌اي و منشوري است. واژه‌هاي كليدي: چگالش قطره‌اي ، مدل‌سازي عددي ، انتقال حرارت ، كيسي و ونزل، سطوح زبر

1396/10/25

9/22/2018 12:00:00 AM

Condensation phenomenon occurring on the surfaces appears in two modes including filmwise condensation (FWC) and dropwise condensation (DWC). It is well-known that dropwise condensation (DWC) has considerably higher heat transfer than filmwise condensation. Dropwise condensation can exist on surface with low surface energy. Recent years many research studies have focused on using micro/nano-structured SH surfaces for DWC purposes. If droplet stays on roughness and cannot penetrate between the roughness it is Cassie state and if it penetrates between the roughness it is called Wenzel state. Unlike Wenzel state, Cassie state droplets have high mobility because of its less interface with surface. In the other hand Cassie state droplets have higher thermal resistance than Wenzel state because of trapped vapor between the pillars. In this study both Cassie and Wenzel state droplets in DWC are studied numerically. As well as, effects of surface roughness shapes on heat transfer of DWC is studied. To do this, two fundamental roughness shapes including semi-conical and semi-pyramidal and their limit states including prismatic and cylindrical roughness have been considered. The results of different roughness shapes are extracted at same solid fraction and roughness factor. The results show that Wenzel or Cassie droplets are not generally the best morphology in DWC from heat transfer point of view. In fact, the surface conditions such as surface energy, roughness geometry and roughness arrangement determines the best morphology. DWC heat transfer can be enhanced by adjusting roughness geometry and at constant roughness factor and solid fraction, pyramidal and conical roughnesses are better than prismatic and cylindrical roughness from heat transfer point of view. Keywords: Dropwise condensation, Numerical modeling, Heat transfer, Cassie and Wenzel, Roughed surfaces