مطالعه آزمایشگاهی رشد و جدایش حباب در جوشش استخری شبکه سیمی و ارائه روابط تجربی

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کاندیدا دکتری، مهندسی مکانیک تبدیل انرژی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

4 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

چکیده

در پژوهش حاضر با طراحی و ساخت مجموعه آزمایشگاهی و رویکرد ارائه روابط تجربی، فرآیند جوشش استخری روی شبکه سیمی مطالعه شده است. بررسی فرآیند جوشش استخری، مقاومت الکتریکی، شار حرارتی بحرانی، ضریب انتقال حرارت، رشد و جدایش حباب، فرکانس رشد حباب و چگالی نقاط مولد حباب با اعمال شارحرارتی تا شارحرارتی بحرانی روی شبکه سیمی در آب دیونیزه با دمای مختلف صورت پذیرفته است. بر اساس نتایج، با افزایش ابعاد مش شبکه سیمی و دمای سیال، شارحرارتی بحرانی کاهشی است. در شرایط شبکه سیمی با ابعاد مش ثابت، سیال با دمای ثابت و اعمال شارحرارتی کمتر از شارحرارتی بحرانی، دمای سیم افزایش می یابد اما در شرایط افزایش ابعاد مش شبکه سیمی، سیال با دمای ثابت و اعمال شارحرارتی بحرانی، دمای سیم کاهشی است. در شبکه سیمی با ابعاد مش ثابت، با افزایش دمای سیال در شار حرارتی ثابت و کمتر از شار حرارتی بحرانی، ضریب انتقال حرارت ثابت می ‌باشد اما با افزایش شار حرارتی تا کمتر از شار حرارتی بحرانی، ضریب انتقال حرارت افزایشی بوده و در شار حرارتی بحرانی، کاهش می‌ یابد. با افزایش 4 برابری ابعاد مش در سیال 30، 70 و 100 درجه سانتی ‌گراد در شار حرارتی بحرانی، ضریب انتقال حرارت 7/0% کاهش می‌ یابد. ماکزیمم فرکانس رشد حباب مربوط به شبکه سیمی 5/0 میلی ‌متر در سیال 100 درجه سانتی ‌گراد با میزان 0763/0 حباب بر میلی ‌ثانیه است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]        H. Yang, "Experimental and Numerical Investigation of Pool Boiling Heat Transfer on Engineered Nano-finned Surfaces," 2014. [Online]. Available: https://hdl.handle.net/1969.1/153309.
[2]        G. Liang and I. Mudawar, "Review of Pool Boiling Enhancement by Surface Modification," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 128, pp. 892-933, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.09.026.
 
[3]        G. Liang and I. Mudawar, "Pool Boiling Critical Heat Flux (CHF)–Part 1: Review of Mechanisms, Models, and Correlations," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 117, pp. 1352-1367, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.09.134.
 
[4]        K. Kouloulias, A. Sergis, Y. Hardalupas, and T. Barrett, "Visualisation of Subcooled Pool Boiling in Nanofluids," Fusion Engineering and Design, Vol. 146, pp. 153-156, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2018.12.005.
 
[5]        A. Marie, S. Cioulachtjian, S. Lips, and V. Sartre, "Thermal Interactions Between Nucleation Sites and the Solid Wall During Pool Boiling of a Pure Fluid: A Review," International Journal of Thermal Sciences, Vol. 174, p. 107388, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2021.107388.
 
[6]        N. Colgan, J. L. Bottini, Z. J. Ooi, and C. S. Brooks, "Experimental Study of Wall Nucleation Characteristics in Flow Boiling under Subatmospheric Pressures in a Vertical Square Channel," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 134, pp. 58-68, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.12.153.
 
[7]        L. Zhang, S. Gong, Z. Lu, P. Cheng, and E. N. Wang, "A Unified Relationship between Bubble Ddeparture Frequency and Diameter During Saturated Nnucleate Pool Boiling," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 165, p. 120640, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120640.
 
[8]        R. Pastuszko, R. Kaniowski, and T. M. Wójcik, "Comparison of Pool Boiling Performance for Plain Micro-fins and Micro-fins with a Porous Layer," Applied Thermal Engineering, Vol. 166, p. 114658, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114658.
 
[9]        K. Wang, H. Gong, L. Wang, N. Erkan, and K. Okamoto, "Effects of a Porous Honeycomb Structure on Critical Heat Flux in Downward-facing Saturated Pool Boiling," Applied Thermal Engineering, Vol. 170, p. 115036, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.115036.
 
[10]      C. Zhang, L. Zhang, H. Xu, P. Li, and B. Qian, "Performance of Pool Boiling with 3D Grid Structure Manufactured by Selective Laser Melting Technique," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 128, pp. 570-580, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.09.021.
 
[11]      D. Zhong, Z. Li, and Z. Guo, "Critical Heat Flux for Downward-facing Saturated Pool Boiling on Pin Fin Surfaces," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 87, pp. 201-211, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.04.001.
 
[12]      R. K. Gouda, M. Pathak, and M. K. Khan, "Pool Boiling Heat Transfer Enhancement with Segmented Finned Microchannels Structured Surface," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 127, pp. 39-50, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.06.115.
[13]      K. Laqua, K. Malone, M. Hoffmann, D. Krause, and M. Schlüter, "Methane Bubble Rise Velocities under Deep-sea Conditions—Influence of Initial Shape Deformation," Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 505, pp. 106-117, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.01.041.
 
[14]      M. Dadjoo, N. Etesami, and M. N. Esfahany, "Influence of Orientation and Roughness of Heater Surface on Critical Heat Flux and Pool Boiling Heat Transfer Coefficient of Nanofluid," Applied Thermal Engineering, Vol. 124, pp. 353-361, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.06.025.
 
[15]      A. Ayoobi, A. F. Khorasani, M. R. Tavakoli, and M. R. Salimpour, "Experimental Study of the Time Period of Continued Heating Rate on the Pool Boiling Characteristics of Saturated Water," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 137, pp. 318-327, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.03.083.
 
[16]      Y. Hu, H. Wang, M. Song, and J. Huang, "Marangoni Effect on Microbubbles Emission Boiling Ggeneration During Pool Boiling of Self-rewetting Fluid," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 134, pp. 10-16, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.01.011.
 
[17]      P. Kangude, D. Bhatt, and A. Srivastava, "Experiments on the Effects of Nanoparticles on Subcooled Nucleate Pool Boiling," Physics of Fluids, Vol. 30, No. 5, 2018, doi: https://doi.org/10.1063/1.5027295.
 
[18]      C. Gerardi, J. Buongiorno, L.-w. Hu, and T. McKrell, "Measurement of Nucleation Site Density, Bubble Departure Diameter and Frequency in Pool Boiling of Water using High-speed Infrared and Optical Cameras," 2009, doi: https://www.osti.gov/etdeweb/biblio/21208446.
 
[19]      C. Paz, M. Conde, J. Porteiro, and M. Concheiro, "Effect of Heating Surface Morphology on Active Site Density in Subcooled Flow Nucleated Boiling," Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 82, pp. 147-159, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2016.11.011.
 
[20]      J. S. Kim, A. Girard, S. Jun, J. Lee, and S. M. You, "Effect of Surface Roughness on Pool Boiling Heat Transfer of Water on Hydrophobic Surfaces," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 118, pp. 802-811, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.10.124.
 
[21]      J. Kim, S. Jun, J. Lee, J. Godinez, and S. M. You, "Effect of Surface Roughness on Pool Boiling Heat Transfer of Water on a Superhydrophilic Aluminum Surface," Journal of Heat Transfer, Vol. 139, No. 10, p. 101501, 2017, doi: https://asmedigitalcollection.asme.org/heattransfer/article-abstract/139/10/101501/384231/Effect-of-Surface-Roughness-on-Pool-Boiling-Heat.
 
[22]      L. Zou and B. G. Jones, "Heating Surface Material’s Effect on Subcooled Flow Boiling Heat Transfer of R134a," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 58, No. 1-2, pp. 168-174, 2013, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.11.036.
 
[23]      A. Jaikumar and S. G. Kandlikar, "Enhanced Pool Boiling Heat Transfer Mechanisms for Selectively Sintered Open Microchannels," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 88, pp. 652-661, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.04.100.