Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Nasresfahany
محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mansoureh Yavari
منصوره یاوری

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Experimental Study of Spherical Stainless Steel Quenching in Nanofluid
The objective of this study is to investigate the quenching characteristics of a high temperature spherical stainless steel in water-based silica nanofluid and water at saturated conditions under atmospheric pressure. The experiments are carried out with a small (10 mm) stainless steel sphere with initial temperature 500°C that was suddenly immersed into the nanofluid or water. The temperature history in the center of sphere was accurately recorded. Heat transfer rate from sphere to fluid was calculated by assuming lumped system. The effect of size and concentration of nanofluid on quenching process and critical heat flux (CHF) were evaluated. The polished sphere was quenched 5 times in water or nanofluid. Boiling and quenching curves of the sphere in nanofluid with different concentrations and sizes were compared with water. The results show that the quenching behavior in nanofluids is nearly identical to that of pure water but strongly depend on the concentration and size of nanoparticles during the repetitive quenching tests. By increasing the size and the concentrations, CHF increases and cooling duration shortens. After the repetition tests in nanofluids, deposition of nanoparticle occurs on the boiling surface. In order to investigate particles deposition on boiling surface before and after the tests, SEM micrographs were taken from boiling surface which clearly show the changes in surface due to deposition of nanoparticle. It appears that surface roughness increase and wettability enhancement due to nanoparticle deposition are responsible for improved boiling performance while coolant type shows minor effect on quenching performance. Key words:
هدف از این پژوهش، بررسی سرد‌سازی غوطه‌وری کره‌ی داغ فولادی در آب و نانو‌سیال سیلیکا بر پایه‌ی آب در دمای اشباع و فشار اتمسفری می‌باشد. بدین منظور کره‌ی فولادی به قطر 10 میلی‌متر توسط شعله به دمای 500 درجه سانتی‌گراد رسانده و سپس در آب یا نانوسیال غوطه‌ور شد و تغییرات دمای کره‌ی فولادی بر حسب زمان اندازه‌گیری و با فرض دمای یکنواخت کره، میزان شار گرمایی از کره به سیال در هر لحظه محاسبه شد. نانوذرات با اندازه‌های متفاوت و همچنین در غلظت‌های مختلف نانو ذره تهیه و آزمایش‌ها انجام شد و اثر اندازه و غلظت نانوذرات بر فرایند سردسازی غوطه‌وری مطالعه شد. به منظور بررسی اثر تکرار جوشش روی سرد‌سازی غوطه‌وری کره، آزمایش‌ها در هر غلظت بدون تمیز کردن سطح کره پنج بار تکرار شد. نمودارهای سرد شدن کره بر حسب زمان و همچنین نمودارهای جوشش برای کلیه‌ی آزمایش‌ها ترسیم شد و نسبت به آب خالص مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که فرایند سرد‌سازی کره تمیز در کلیه‌ی نانو‌سیال‌ها تفاوت چندانی با آب خالص نداشته است اما با تکرار آزمایش و با در نظر گرفتن اثرات آزمایش‌های قبلی، سرد‌سازی غوطه‌وری به شدت به اندازه و غلظت نانو‌سیال وابسته است. با افزایش غلظت و اندازه نانو‌ذرات شار گرمایی بحرانی افزایش یافت و زمان فرایند سرد‌سازی غوطه‌وری کوتاه شد. با تکرار آزمایش مقدار شار گرمایی بحرانی افزایش چشمگیری داشت ولی از تکرار سوم به بعد شار گرمایی بحرانی تغییر چندانی نکرد. همچنین مشاهده شد پس از اتمام جوشش در نانوسیال رسوب پراکنده و آشکاری از ذرات نانو روی سطح جسم تشکیل شده است. به منظور بررسی رسوب نانو‌ذرات روی سطح کره، قبل و بعد از انجام آزمایش‌ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی تصاویری از سطح جسم تهیه شد که این تصاویر تغییرات ساختار سطح بر اثر رسوب نانوذرات در اندازه‌های مختلف و همچنین تکرار جوشش را به خوبی نشان می‌دهد. بنابراین مشاهده‌ها می‌توان نتیجه گرفت که رسوب ذرات باعث تغییر در خواص سطحی از جمله زبری و ترشوندگی سطح شده و این تغییرات باعث تغییر در مشخصه‌های جوشش شده است. پس می‌توان این‌گونه بیان کرد که در‌واقع تغییرات ساختار سطح بر اثر رسوب نانو‌ذرات، باعث بهبود عملکرد جوشش می‌شود و نوع سیال خنک کننده در رده‌ی دوم تأثیر قرار می‌گیرد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی