21844

21844

بررسي تجربي اثر تخلخل سطح بر انتقال حرارت در جوشش جرياني مادون سرد آب

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

1395

1398/8/28

دكتر حميد صفاري نطنزي

مكانيك

جوشش هسته زايي، به علت دارا بودن ضريب انتقال حرارت بالاتر نسبت به ساير مكانيزم انتقال حرارت در بسياري از كاربردهاي مهندسي در صنايع مختلفي مانند خنك كاري تراشه هاي الكترونيكي و موتورهاي درونسوز به كار گرفته شده است. پژوهش هاي متعدد در زمينه پديده شناسي فرآيند جوشش نشان مي دهد كه ساختار و ويژگي هاي سطح جامد يكي از مهم ترين پارامترهاي مؤثر بر عملكرد حرارتي در جوشش است. بر اين اساس اصلاح خصوصيات سطح به منظور بهبود عملكرد حرارتي در فرآيند جوشش مورد توجه محققان بسياري قرار گرفته است. در اين پايان نامه اثر تخلخل سطح، به عنوان يكي از پارامترهاي مشخص كننده شرايط سطح، بر انتقال حرارت جوشش جرياني مادون سرد از جنبه هاي گوناگون به صورت تجربي مورد مطالعه و تحليل گرفته است. 5 سطح نمونه شامل يك سطح صيقلي و چهار سطح متخلخل توليد شده با استفاده از آبكاري چندمرحله اي و داراي تخلخل هايي از 42 تا 53 درصد، تحت آزمون جوشش جرياني مادون سرد آب قرار گرفتند. با توجه به الزامات شناسايي شده در طراحي آزمايش، جوشش جرياني مادون سرد با دبي حجمي جريان در گستره 5/2 ، 5 و 5/7 ليتر بر دقيقه، درجه مادون سردي 6/9 و6/5 سانتيگراد و شار حرارتي تا 600 كيلووات بر متر مربع در كانالي با مقطع مستطيلي و قطر هيدروليكي 3/11 ميليمتر مورد بررسي قرار گرفت. بر اساس نتايج به دست آمده سطوح متخلخل با داشتن تعداد سايت هاي هسته زايي و سطح ترشده بيشتر و همچنين توانايي جداسازي مسيرهاي بخار و مايع، عملكرد بهتري نسبت به سطوح صيقلي دارند. همچنين نتايج به دست آمده نشان داد كه افزايش قطر حفره ها به هيسترزيس جوشش كمك مي كند. نتايج تحليل ها نشان دهنده بهبود 300% ضريب انتقال حرارت براي سطح نمونه شش مرحله اي نسبت به سطح صيقلي بود. افزون بر اين موارد، تكرار آزمون جوشش روي سطوح متخلخل نشان داد كه سطوحي كه مدت زمان بيشتري تحت مرحله اول آبكاري قرار گرفتند از عملكرد حرارتي بهتري برخوردارند.

1399/01/24

An Experimental Investigation on Effect of Porosity on Subcooled Flow Boiling of Water

11/18/2020 12:00:00 AM

Due to its higher heat transfer coefficient compared to other heat transfer mechanisms, nucleate boiling has been used in many engineering applications in various industries such as electronic chip cooling and internal combustion engines. Numerous studies regarding the phenomenology of the nucleate boiling process show that the structure and characteristics of the solid surface are among the most important parameters affecting the Boiling thermal performance. In the present study the effect of surface porosity on the subcooled flow boiling heat transfer performance has been studied experimentally. Experimental studies were carried out in a bottom heated rectangular channel of 11.3 mm hydraulic diameter using de-ionized (DI) water as the coolant. Four porous coatings with porosities in range of 42 to 53 percent were fabricated using multi-step electrodeposition technique and placed on the bottom surface of the channel. Subcooled flow boiling experiments were performed at three volumetric fluxes (2.5, 5, 7.5 LPM) and two inlet subcooling Temperatures (86℃ and 90℃). The results obtained with bare surface are used as the reference for comparing the performances of the coated surfaces. It was found that the porous surfaces show better thermal performance relative to the polished non-coated surface. The results indicate that an increase in surface porosity improves the heat transfer coefficient up to 300 percent compared to bare surface. The augmentation in heat transfer coefficient of the coated surfaces is due to the enhanced surface roughness, wettability improvement, and presence of high-density active nucleate site on the surface.