Skip to main content
SUPERVISOR
Nasrin Etesami,Mohsen Nasresfahany
نسرین اعتصامی (استاد راهنما) محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Shahmoradi
زهرا شاه مرادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Pool Boiling Investigation of Al2O3/Water Nanofluid on Flat Plate
In the past two decades, an increasing amount of research has been conducted in nanoscale heat transfer.. Recently , researchers have considered the possibility of enhanced boiling heat transfer in nanofluids. Results reported in literatures are in conflict due to the dependence of experimental results upon many parameters such as the nanofluid type, heater material and specific test conditions, surfactant use, heater geometry, saturation pressure, and measurement equipments. In order to investigate on pool boiling in heat fluxes; thus some limited experimental data on boiling nanofluids over the flat plate has been reported. Also, previous results show that there are some conflicts. The comparison of the limited existing results of the pool boiling on the flat plate shows that research work on boiling heat transfer characteristics is still concentrations of nanoparticles. Experiments are carried out to investigate the effects of the nanoparticles’ concentration on pool boiling features, such as boiling curve, the CHF and boiling heat transfer coefficient. This study will also try to present some plausible explanations in results by analyzing the heater surface. heater has been studied experimentally. The maximum value of the surface (d=36mm) heat flux for all the boiling experiments was restricted to around 1,800 kW/m². Reduction in nucleate boiling heat transfer has been observed at four volume fraction of nanoparticles compare to pure water (for 0.1, 0.05, 0.02 and 0.002%.vol 40, 34, 23, 13% respectively). Results showed that the rate of heat transfer falls with solid concentration. Also enhancement in critical heat flux (CHF) has been observed (for 0.1, 0.05, 0.02, 0.002 and 0.001 %.vol. 47, 40, 30, 22, 17% respectively). The CHF enhancement increases with volume fraction of nanofluids. A thin layer of nanoparticle was seen on heater surface after boiling of nanofluids. Atomic force microscope (AFM) surface analyzing before and after boiling with nanofluids demonstrated that the surface roughness values changes. Roughness value after 0.02%vol nanofluids boiling on polished surface varies from 5nm to 376nm and for unpolished surface changes from 77nm to 197nm. Nanoparticle sedimentation on the heater surface during pool boiling causes to fill up nono-pores thus the number of nucleation sites and heat transfer rate decrease, consequently. In addition, nano-coating of heater surface owing to deposition of nanoparticle during nanofluids boiling, creates an excess conduction heat resistance between surface and working fluid, thus reduces heat transfer rate, too. However thin layer formed due to nanoparticle sedimentation on the surface, decreases drops contact angle on the surface and increases surface wettability that cause to increase in CHF.
جوشش عاملی موثر و کارآمد در فرایندهای انتقال حرارت صنعتی است. مطالعات انجام شده دز زمینه جوشش نانو سیال روی صفحه تخت منجر به نتایج ضد و نقیضی در بحث انتقال حرارت آن شده است.در این فرآیند عواملی مثل نوع نانو سیال، جنس وشکل گرمکن، استفاده از معلق کننده ها [1] ،فشار اشباع در دستگاه اندازه گیری ،pH نانو سیال و ... می توانند بر جوشش نانوسیال تاثیر بگذارند. از این رو در این زمینه نیاز به کار و مطالعات بیشتری وجود دارد تا بتوان نتایج ثابت و مشخصی را گزارش کرد. در این پژوهش جوشش استخری مخلوط نانوذرات Al 2 O 3 /آب با غلظتهای مختلف روی صفحه تخت صورت گرفت و پارامترهای جوشش مثل ضریب انتقال حرارت و شارحرارتی بحرانی، چگونگی تغییرساختار سطح جوشش و نیز تر شوندگی سطح، بمنظور درک بهتر فرآیند جوشش هسته ای نانوسیال و کاربرد آن در صنایع، مورد بررسی قرار گرفتند. از آنجاییکه بررسی همزمان تمام پارامترهای ذکر شده تا کنون صورت نگرفته است می توان پژوهش حاضر را یکی از کاملترین کارهای انجام شده در زمینه جوشش هسته ای نانوسیال روی صفحه تخت دانست. همچنین ایجاد شار حرارتی بالا تا رسیدن به شار حرارتی بحرانی روی سطح بسیار دشوار می باشد، که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته است. بنابر این جوشش استخری نانوسیال آب/ Al 2 O 3 با درصدهای حجمی 1/0 ،05/0 ،02/0 ، 002/0و 001/0 روی صفحه تخت با شارهای حرارتی بالا بررسی شد. میزان افزایش شار حرارتی بحرانی نسبت به آب برای درصدهای حجمی 1/0، 05/0 ،02/0 ، 002/0و 001/0 نانوسیال مورد آزمایش بترتیب برابر 47، 40، 30، 22 و17 درصد و میزان کاهش ضریب انتقال حرارت نسبت به آب خالص برای درصدهای حجمی 002/0، 02/0، 05/0 و 1/0 حدود 13، 23، 34 و 40 درصد بترتیب می باشد. همچنین پس از آزمایش جوشش نانو سیال، لایه سفید رنگی از نانو ذرات بر سطح گرمکن ایجاد می شد. افزایش ضخامت این لایه بر سطح گرمکن در نانو سیال با غلظت های بالاتر بسیار محسوس بود. با توجه به نمونه های AFM پر شدن سایتهای هسته زایی در هنگام جوشش توسط ذرات نانو رسوب کرده روی سطح را می توان دلیل اصلی ایجاد مقاومت برای انتقال حرارت و کاهش آن ذکر کرد .ضمن آنکه پر شدن سایتهای هسته زایی باعث به تعویق افتادن جوشش و افزایش شار حرارتی بحرانی می شود. هچنین نمونه های AFM گرفته شده افزایش زبری سطح صیقلی شده را پس از جوشش نانو سیال روی آن نشان می دهد اما برای سطح صیقلی نشده افزایش زبری کمتر از سطح صیقلی شده است که بازهم نشاندهنده پر شدن خلل و فرج سطح و محلهای ایجاد حباب برای جوشش می باشد. زاویه تماس قطره برای سطح صیقلی شده قبل و بعد از جوشش نانوسیال روی آن 45 و 20 درجه بود که نشاندهنده افزایش تر شوندگی سطح و ایجاد مشکل در جدایش حبابها حین جوشش از سطح است. این ترشوندگی می تواند عاملی در جهت افزایش شار حرارتی بحرانی و کاهش ضریب انتقال حرارت باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی