مطالعه تحلیلی و تجربی انتقال حرارت جوشش هسته‌ای استخری بر روی سطوح مسی آب دوست

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنتعت ایران

2 دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این مقاله، تاثیر میزان آبدوستی سطح بر جوشش هستهای استخری آب تحت فشار اتمسفر به صورت تحلیلی مدل گردیده و به صورت تجربی مورد صحتسنجی قرار میگیرد. مدل تحلیلی ارائه شده بر خلاف مدل های قبلی، تغییرات زاویه تماس سیال با سطح را در حین رشد حباب درنظر میگیرد. مقایسه منحنی جوشش استخری پیشبینی شده توسط مدل بهبودیافته با نتایج آزمایشگاهی دیگران و مدل پیشین، تطابق بهتر نتایج را نشان داد. علاوه بر این، سطوح آب‌دوست (‌با زوایای تماس 34، 22 و کمتر از 10) توسط استغراق مس در محلول آبی هیدروکسید سدیم و پرسولفات پتاسیم در زمان‌های مختلف (30، 60 و 180 دقیقه)  ساخته شده و نتایج آزمون جوشش با پیشبینی مدل مقایسه میگردد. بر اساس نتایج تجربی، عملیات سطحی به کار رفته در این پژوهش به عنوان روشی مؤثر در افزایش ترشوندگی سطح مسی میباشد و آب دوستی بیشتر این سطوح باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جوشش استخری نسبت به سطح معمولی میگردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Jones, B. J., McHale, J. P., and Garimella, S. V., "The Influence of Surface Roughness on Nucleate Pool Boiling Heat Transfer", Journal of Heat Transfer, Vol. 131, No. 12, pp. 121-129, (2009).

[2] Phan, H. T., Caney, N., Marty, P., Colasson, S., and Gavillet, J., "How Does Surface Wettability Influence Nucleate Boiling?", C. R. Mecanique 337, pp. 251–259, (2009).

[3] Han, C., and Griffith, P., "The Mechanism of Heat Transfer in Nucleate Pool Boiling", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 8, No. 6, pp. 887-914, (1965).

[4] Mikic, B., and Rohsenow, W., "A New Correlation of Pool-boiling Data Including the Effect of Heating Surface Characteristics", Journal of Heat Transfer, Vol. 91, No. 2, pp. 245-250, (1969).

[5] Judd, R., and Hwang, K., "A Comprehensive Model for Nucleate Pool Boiling Heat Transfer Including Microlayer Evaporation", Journal of Heat Transfer, Vol. 98, No. 4, pp.  623-629, (1976).

[6] Paul, D., and Abdel-Khalik, S., "A Statistical Analysis of Saturated Nucleate Boiling Along a Heated Wire", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 26, No. 4, pp. 509-519, (1983).

[7] Benjamin, R., and Balakrishnan, A., "Nucleate Pool Boiling Heat Transfer of Pure Liquids at Low to Moderate Heat Fluxes", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 39, No. 12, pp. 2495-2504, (1996).

[8] Yu, B., and Cheng, P., "A Fractal Model for Nucleate Pool Boiling Heat Transfer", Journal of Heat Transfer, Vol. 124, No. 6, pp. 1117-1124, (2002).

[9] Li, Y. Y., Liu, Z.H., and Wang, G.S., "A Predictive Model of Nucleate Pool Boiling on Heated Hydrophilic Surfaces", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 65, pp. 789-797, (2013).

[10] Del Valle, V. H., and Kenning, D., "Subcooled Flow Boiling at High Heat Flux", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 28, No. 10, pp. 1907-1920, (1985).

[11] Benjamin, R., and Balakrishnan, A., "Nucleation Site Density in Pool Boiling of Saturated Pure Liquids: Effect of Surface Microroughness and Aurface and Liquid Physical Properties", Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 15, No. 1, pp. 32-42, (1997).

[12] Phan, H. T., Caney, N., Marty, P., Colasson, S., and Gavillet, J., "Surface Wettability Control by Nanocoating: the Effects on Pool Boiling Heat Transfer and Nucleation Mechanism", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 52, No. 23, pp. 5459-5471, (2009).

[13] Zhao, Y.H., Masuoka, T., and Tsuruta, T., "Unified Theoretical Prediction of Fully Developed Nucleate Boiling and Critical Heat Flux Based on a Dynamic Microlayer Model", International journal of heat and mass transfer, Vol. 45, No. 15, pp. 3189-3197, (2002).

[14] Sernas, V., and Hooper, F., "The Initial Vapor Bubble Growth on a Heated Wall During Nucleate Boiling", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 12, No. 12, pp. 1627-1639, (1969).

 

[15] Phan, H. T., " Effects of Nano-and Micro-Surface Treatments on Boiling Heat Transfer", PhD Thesis, Department of Mechanical Engineering, Institut National Polytechnique de Grenoble-INPG, (2010).

[16] Zuber, N., "The Region of Isolated Bubbles and the Similarity with Natural Convection", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 6, No. 1, pp. 53-78, (1963).

[17] Hsu, C. C., and Chen, P.H., "Surface Wettability Effects on Critical Heat Flux of Boiling Heat Transfer using Nanoparticle Coatings", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 55, No. 13-14, pp. 3713-3719, (2012).

[18] Kwark, S. M., Moreno, G., Kumar, R., Moon, H., and You, S. M., "Nanocoating Characterization in Pool Boiling Heat Transfer of Pure Water", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 53, No. 21, pp. 4579-4587, (2010).

[19] Li, C., Wang, Z., Wang, P. I., Peles, Y., Koratkar, N., and Peterson, G., "Nanostructured Copper Interfaces for Enhanced Boiling", Small, Vol. 4, No. 8, pp. 1084-1088, (2008).

[20] Saeidi, D., and Alemrajabi, A., "Experimental Investigation of Pool Boiling Heat Transfer and Critical Heat Flux of Nanostructured Surfaces", International Journal ofHeat and Mass Transfer, Vol. 60, pp. 440-449, (2013).

[21] Min, J., Wu, X., Shen, L., and Ga, F., "Hydrophilic Treatment and Performance Evaluation of Copper Finned Tube Evaporators", Applied Thermal Engineering, Vol. 31, pp. 2936-2942, (2011).