Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Nasresfahany
محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammadreza Abbasi
محمدرضا عباسی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Experimental investigation of the effect of nanostructured surfaces prepared with deposition of nanoparticles with different sizes on the saturated flow boiling heat transfer of water in a vertical microchannel
The objective of this study is to investigate the saturated flow boiling heat transfer of deionized water in a microchannel with nanostructured surface. In this study, to improve the performance of the saturated flow boiling process in the microchannel by using the deposition of nanoparticles on the inner surface of the microchannel, the surface properties such as wettability and surface roughness have been changed. Experiments were performed in a microchannel with an internal diameter of 1.07 mm and a length of 20 cm with de-ionized (DI) water. Experiments were performed under the conditions of mass flux of 493-887 kg/m2 .s and heat flux of 47-227 kW/m2 in the study of two-phase heat transfer. The effect of parameters such as heat flux on the wall as well as the mass flux of the flow on the heat transfer coefficient and also the critical heat flux, which are important parameters in the process of flow boiling, were investigated. In order to prepare the nanofluid, silica nanoparticles were synthesized in a base fluid (methanol) in a single step. The results of DLS test showed the size distribution of synthesized nanoparticles with sizes of 33.7, 64.6 and 89.2 nm. The synthesized silica particles were then dispersed in the main base fluid of deionized water at concentrations of 0.005, 0.01 and 0.05% by volume. In bare surface microchannels with two mass fluxes higher than 684 kg/m2 .s and 887, the dominant mechanism in the channel was nucleate boiling because the effect of two-phase heat transfer coefficient was independent of mass flux and dependent on heat flux and with increasing heat flux it was reduced due to obstruction of the channel with bubbles and local drying. In bare surface microchannel in mass flux of 493 kg/m2 .s the heat transfer coefficient was independent on heat flux so the dominant boiling mechanism was forced convective boiling. The inner surface of microchannel was modified by depositing SiO2 nanoparticles during 80 flow boiling of nanofluid with different sizes and concentrations. An increase of about 32% in the critical heat flux for a mass flux of 493 kg/m2 .s and a nanostructured nanofluid surface with a particle size of 33 nm and a concentration of 0.05% by volume relative to the bare surface and an increase of about 22% for the mass flux 684kg/m2 .s and a particle size of 33 nm and a concentration of 0.05% by volume relative to the bare surface, also mentioned in the two mass fluxes and a concentration of 0.05% by volume of nanofluid with increasing particle size on the nanostructured surface increased critical heat flux. This increase in heat flux could be due to an increase in active nucleate sites and a greater wettability effect at the nanostructured surface with greater roughness than at the bare surface. Keywords: Saturated flow boiling, nanostructure, heat transfer coefficient, nanoparticle synthesis
هدف از انجام این پژوهش، بررسیی انتقال گرمای جوشیش جریانی اشیباع آب دیونیزه در میکروکانال با سیطح نانوسیاختار اسیت. در این مطالعه برای بهبود عملکرد فرآیند جوشش جریانی اشباع در میکروکانال با استفاده از نشست نانوذرات بر سطح داخلی میکروکانال خواص سطح از جمله ترشوندگی و زبری سطح تغییر کرده است. آزمایشات در میکروکانالی به قطر داخلی 07/1 میلیمتر و طول 20 سانتیمتر با 2 آب دیونیزه انجام شیید. آزمایشییات تحت شییرایط شییار جرمیs. انتقال بررسییی در 47-227 kW/m2حرارتی شییار و 493-887 kg/m حرارت دو فاز انجام شد. تاثیر پارامترهایی چون شار گرمایی وارد بر دیواره و همچنین شار جرمی جریان بر ضریب انتقال گرما و همچنین شییار گرمایی بحرانی که از جمله پارامترهای دارای اهمیت در فرآیند جوشییش جریانی میباشیید، بررسییی شیید. به منظور تهیه نانوسیییال، نانوذرات سیلیکا در محیط سیال پایه)متانول( به صورت تک مرحلهای سنتز گردید. نتایج حا صل از آزمون DLS ،توزیع اندازه نانوذرات سنتز شده با اندازههای 7/33 ،6/64 و 2/89 نانومتر را م شخص نمود. سپس ذرات سیلیکا سنتز شده در سیال پایه ا صلی آب دیونیزه، با 2 غلظتهای 005/0 ،01/0 و 05/0 درصد حجمی پراکنده شد. در میکروکانال با سطح صاف در دو شار جرمی باالتر s. 887 و 684 kg/m مکانیسم غالب در کانال از نوع جوشش هستهای شناسایی شد زیرا تاثیر ضریب انتقال حرارت دوفاز مستقل از شار جرمی و وابسته به شار حرارتی بود و با افزایش شییار حرارتی به دلیل انسییداد کانال با حباب و خشییک شییدگیهای محلی کاهش مییافت. اما در شییار جرمی .s پایینتر 2 m/kg 493 مکانی سم غالب از نوع جو شش جابجایی اجباری شنا سایی شد زیرا با تغییر شار حرارتی ضریب انتقال حرارت دو فاز ثابت بود. سپس سطح داخلی میکروکانال با ا ستفاده از ن ش ست نانوذرات سیلیکا حین فرآیند جو شش جریانی نانو سیاالت با اندازه و 2 غلظتهای مختلف نانوسیییاختار شییید. افزایش حدود 32 درصییید در شیییار گرمایی بحرانی برای شیییار جرمی s. سیییطح و 493 kg/m نانوساختارشده با نانوسیال با اندازه ذره 33 نانومتر و غلظت 05/0 درصد حجمی نسبت به سطح صاف و افزایش حدود 22 درصد برای شار جرمی s. 2 m/kg 684 و اندازه ذره 33 نانومتر و غلظت 05/0 درصید حجمی نسیبت به سیطح صیاف حاصیل گردید، همچنین در دو شیار جرمی ذکر شده و غلظت 05/0 در صد حجمی نانو سیال با کاهش سایز ذرات در سطح نانو ساختار شده شار گرمای بحرانی افزایش پیدا کرد. افزایش شار گرمایی ناشی از افزایش سایتهای هستهای فعال و ترشوندگی بیشتر در سطح نانوساختار با زبری بیشتر، نسبت به سطح صاف است. کلمات کلیدی: جوشش جریانی اشباع، نانوساختار، ضریب انتقال حرارت، سنتز نانوذرات

تحت نظارت وف ایرانی