25657

بررسي نشست نانوذرات برروي سطح به منظور بهبود جوشش استخري

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- تبديل انرژي

1397

1400/06/16

دكتر حميد صفاري

دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور

دانشكده مكانيك

امروزه مبحث انتقال حرارت همراه با تغيير فاز از مايع به بخار، با توجه به بحران انرژي و نيز مسئله مهم بازده انتقال حرارت، موردتوجه محققين قرار دارد. جوشش يكي از مكانيسم‌هاي انتقال حرارت است كه در صنايعي ازجمله خنك‌سازي ابررايانه‌ها، برخي تجهيزات مورداستفاده در نيروگاه‌هاي حرارتي و غيره مورداستفاده قرار مي‌گيرد. بهبود منحني جوشش استخري از هسته‌زايي تا رسيده به شار حرارتي بحراني مي‌تواند با عمليات هاي سطحي متفاوت از جمله لايه نشاني با نانو ذرات با روش‌هاي گوناگون حاصل شود. پس از معرفي پارامترهاي سطحي موثر از قبيل زاويه تماس، زبري سطح و تخلخل، آزمايش‌هايي كه توسط محققان ديگر با روش‌هاي مختلف پوشش‌ دهي در راستاي بهبود جوشش حاصل شده مرور شده است. دراين مطالعه، روش الكترواسپري جهت لايه نشاني انتخاب شده كه با تغيير در پارامترهاي موثر در اين روش پوشش‌هايي متفاوت از ذرات TiO_"2" بر روي سطوح مسي ايجادشده است.‌ همچنين تركيب اين روش با فوتوليتوگرافي جهت ايجاد الگوهايي منظم از نانو ذرات آبگريز SiO_"2" موردبررسي قرار گرفت و اثر آن با سطح صاف مسي مقايسه شد. جهت بررسي مشخصات ساختار شكل گرفته بر روي سطوح از آناليز پراش اشعه ايكس (XRD)، تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني (SEM)، تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني روبشي (FESEM)، آناليز پروفيلومتريك ، EDS-Mapping، EDS-Line Scanning و AFM استفاده شده است. ماكزيمم شار حرارتي حاصل‌شده براي نمونه لايه نشاني شده توسط ذرات SiO_"2" با گام و عرض الگوي آبگريز 1 ميليمتري در بالاترين مقدار شار حرارتي با 135% افزايش به مقدار "107/96" W/cm^"2" و ضريب انتقال حرارت با140% بهبود نسبت به سطح صاف مسي به مقدار "11/48" W/cm^"2" .K رسيد. از عوامل مهم در عملكرد نمونه ها مي توان به سايز و فاصله حفرات، ساختار متخلخل ، زاويه تماس و فشار ناشي از عمق حفرات كه موثر بر پارامتر هايي از قبيل ترشوندگي سطح، هسته زايي، كنترل مراكز هسته زايي و افزايش فركانس جدايش حباب بودند، اشاره كرد.

1400/08/30

Investigation of nanoparticles coating on the surface to improve pool boiling

9/7/2022 12:00:00 AM

Researchers were interested in the issue of heat transfer, as well as the transition of phase from liquid to vapor as a result of the energy crisis, and also the essential issue of heat transfer efficiency. Boiling is one of the heat transfer processes utilized in industries such as supercomputer cooling, various thermal power plant equipment, and so on. Surface modifications, including surface coating with nanoparticles by various ways can enhance boiling from nucleation to critical heat flux. After presenting essential factors including the contact angle, surface roughness, and porosity to enhance pool boiling as much as possible, the experiments created by various coating techniques to promote boiling were evaluated. . The coating method used is electrospray, which by changing important parameters in this process, different coatings of TiO_2 (titanium oxide) have been created on copper surfaces. Also, the combination of this method with photolithography to create regular patterns of hydrophobic nanoparticles SiO_2 was examined and its effect was compared with the plain Cu surface. X-ray diffraction (XRD) analysis, electron microscopy (SEM), scanning electron microscopy (FESEM), profilometric analysis, EDX, EDS-Line Mapping and AFM were used to investigate the characteristics of the structure formed on the surfaces. Maximum heat flux achieved for the sample layered by SiO_2 particles with a width and pitch of 1 mm hydrophobic pattern at the maximum amount of heat flux with a 135% rise to 107/96 W/cm^"2" and heat transfer coefficient achieved a value of 11.48 W/cm^"2" .K with a 140 % enhancement over the plain surface. The size and space of the cavities, porous structure, contact angle, and pressure due to the depth of the cavities were important factors in the performance of the samples, which were effective on parameters such as surface wettability, onset nucleation site (ONB), control of nucleation sites, and increased bubble separation and frequency.

جوشش استخري , لايه نشاني , الكترواسپري , فوتوليتوگرافي , انتقال حرارت دو فازي

Pool boiling , coating , electrospray , photolithography , two-phase heat transfer