Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Nasresfahany
محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahrou Moshfeghniya
مه رو مشفق نیا

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Experimental Investigation on Flow Boiling of DI-water in a Vertical Capillary Micro-channel with Nanostructured Walls
Flow boiling, along with single phase heat transfer performance in a micro-channel that its inner surface has been coated by SiO 2 nanoparticles was investigated experimentally in this thesis. Flow boiling in a vertical capillary micro-channel with enhanced wettability due to nanoparticles deposition on inner surface of micro-channel showed augmented critical heat flux (CHF). Experiments were performed in a single capillary micro-channel having internal diameter of 1.07mm and 200mm long using vertical upward de-ionized (DI) water flow. Electrical elements installed on the outer of surface of micro-channel were used to apply heat to the test section. Inlet sub-cooled temperature of DI-water was 30?C, and different mass fluxes of 275, 469 and 698 kg/m 2 .s and heat fluxes up to 270 kW/m 2 were used in the experiments. The effect of mass and heat fluxes on single phase and flow boiling heat transfer coefficient (HTC) and critical heat flux in micro-channel with bare surface were evaluated. Convective heat transfer coefficient of single-phase water flow in micro-channel increased with the heat flux mass flux. In flow boiling region, heat transfer coefficient increased with heat flux at first, passed through a maximum and decreased afterwards. Heat transfer coefficient was almost independent of mass flux for the two values of 469 and 698 kg/m 2 s investigated in this thesis. Critical heat flux increased with mass flux. The inner surface of micro-channel was modified by depositing SiO 2 nanoparticles during flow boiling of nanofluid with volumetric concentration of 0.1%. Results from the micro-channel with bare surface are used as reference data. Nanoparticles deposited surface was found effective in enhancing the critical heat flux and up to 24% enhancement in critical heat flux was observed in the highest mass flux (698 kg/m 2 .s) used in this study. The flow boiling heat transfer coefficient reduced about 10% in nanoparticles deposited micro-channel compared to the bare micro-channel. Critical heat flux was almost the same in bare and nanoparticles deposited micro-channel in low superficial mass flux of 275 kg/m 2 .s.
هدف از انجام این پژوهش، بررسی انتقال گرمای جابه‌جایی تک‌فاز و جوشش جریانی سیال آب در میکروکانال با سطح نانوساختار بوده است. در این مطالعه یک راهکار جدید برای بهبود عملکرد فرایند جوشش جریانی در میکروکانال ارائه شده است که با استفاده از نشست نانوذرات بر سطح داخلی میکروکانال خاصیت ترشوندگی سطح افزایش یافته و در نهایت شار گرمایی بحرانی بالایی حاصل شده است. به منظور تحقق هدف پژوهش حاضر، میکروکانالی مدور از جنس مس با قطر داخلی mm07/1 طول cm 20 استفاده شده است. سطح بیرونی با المنت‌های الکتریکی پوشانده شده و شار گرمایی توسط جریان الکتریسیته ایجاد شده است. آب دیونیزه به عنوان سیال کار انتخاب شده و جریان آن به صورت عمودی و رو به بالا به جهت دستیابی به ضریب انتقال گرمای بالاتر انتخاب شده است. شرایط آزمایشگاهی این پژوهش از این قرار است که آزمایش‌ها در دمای سیال ورودی ?C30، سه شار جرمی جریان متفاوت شامل 275، 469 و kg/m 2 .s 698 محدوده‌ی شارگرمایی kW/m 2 270-15 صورت پذیرفته است. تأثیر پارامترهایی چون شارگرمایی وارد به دیواره و همچنین شار جرمی جریان بر ضریب انتقال گرما و همچنین شار گرمایی بحرانی که از جمله پارامترهای دارای اهمیت در فرایند جوشش جریانی می باشد، بررسی شد. به منظور اعتبارسنجی دستگاه آزمایشگاهی تهیه شده در پژوهش حاضر، ابتدا آزمایش‌ها برای جریان تک‌فاز سیال آب در میکروکانال انجام شده و نتایج در انطباق با سایر مطالعات بود. از جمله نتایج به دست آمده می‌توان به افزایش ضریب انتقال گرمای جابه‌جایی تک‌فاز با افزایش شار گرمایی وارد به دیواره اشاره کرد. افزایش شار جرمی نیز موجب افزایش ضریب انتقال گرمای جابه‌جایی تک‌فاز شد. در ناحیه‌ی جوشش جریانی، با افزایش شارگرمایی وارد به دیواره ابتدا ضریب انتقال گرمای جوشش جریانی افزایش و سپس شروع به کاهش کرد که این کاهش نشان‌دهنده‌ی شارگرمایی بحرانی بود. افزایش شار جرمی نیز تأثیر چندانی بر ضریب انتقال گرمایی جوشش جریانی برای دو شار جرمی 469 و kg/m 2 .s 698 نداشت. به علاوه افزایش شار جرمی موجب افزایش شار گرمایی بحرانی شد. سپس سطح داخلی میکروکانال با استفاده از نشست نانوذرات سیلیکا حین فرایند جوشش جریانی نانوسیال % 1/0 حجمی، نانوساختار شد. افزایش به طور تقریب 24% در شار گرمایی بحرانی برای شار جرمی بالاتر (kg/m 2 .s 698 )، با استفاده از این روش حاصل گردید. این افزایش در شار گرمایی بحرانی می‌تواند ناشی از اثر ترشوندگی بیشتر در سطح نانوساختار با زبری بیشتر، نسبت به سطح صاف باشد. البته با استفاده از این روش کاهشی در حدود 10% برای ضریب انتقال گرمای جوشش جریانی در این شار جرمی حاصل شد که در برابر افزایش قابل توجه شارگرمایی بحرانی، چندان حائز اهمیت نیست. همچنین برای شار جرمی پائین (kg/m 2 .s 275)، شارگرمایی بحرانی سطح نانوساختار با سطح صاف تفاوت قابل ملاحظه‌ای نشان نداد. کلمات کلیدی : انتقال گرما، میکروکانال، جوشش جریانی، سطح نانوساختار.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی