Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Nasresfahany
محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Zarezade
زهرا زارع زاده مهریزی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Computational Fluid Dynamics Analysis (CFD) of subcooled flow boiling in Microchannel.
Flow boiling, with single phase heat transfer performance in a micro-channel, was investigated in this thesis. Single capillary micro-channel with internal diameter and length of 1.07 and 200mm was simulated by COMSOL Multiphysics software. Inlet sub-cooled temperature of water was 30?C, and three runs including different mass fluxes of 275, 469 and 698 kg/m 2 s was considered. Moreover, the heat fluxes were changed in range of 77 to 131 kW/m 2 . Initially, the single-phase flow within the micro-channel was studied with considering the conservation equations of mass, momentum and energy. When the wall temperature reached up to saturation temperature, nucleate boiling was started and therefore we had two-phase flow in the micro-channel. In this region, two-fluid model was solved including two sets of conservation equations. To related to bubble departure diameter, three different equations was suggested by Tolubinsky, Fritz and Prodanovic. It was found that Prodanovic relation had a high accuracy for predicting bubble departure diameter in micro-channel. Numerical results represented good agreement with experimental results. In next stage, the wall temperature, pressure variation and friction factor of each run were investigated. The results showed pressure drop of two-phase flow was higher than single phase flow, and the friction factor in the two-phase flow is approximately 2.5 times higher than the friction coefficient in the single-phase flow. In flow boiling, the maximum void fraction was near the wall and increased along the channel to 0.003. Moreover, it was observed by increasing the heat flux or decreasing the mass of the flux, the start of the nucleate boiling occurred at a distance less than the entrance of micro-channel and the heat transfer coefficient has also increased. In this study, sub-cooled flow boiling in micro-channel with different bubble departure diameter relation was investigated theoretically which have been few studies in the previous research.
هدف از انجام این پژوهش، بررسی انتقال گرمای جابجایی تک فاز و جوشش جریانی مادون سرد آب در میکروکانال بوده است. به منظور تحقق هدف پژوهش حاضر، میکروکانالی مدور با قطر داخلی mm ??/? و طول mm ??? با استفاده از نرم افزار مولتی فیزیک کامسول (COMSOL Multiphysics) شبیه‌سازی شده است. در این پژوهش، جریان به صورت عمودی و رو به بالا با دمای ورودی ?? است. سه اجرا شامل سه شار جرمی متفاوت با محدوده شار گرمایی بررسی شده است. در ابتدا جریان تک فاز درون میکروکانال با استفاده از معادلات پایستگی جرم، ممنتم و انرژی مطالعه شد و هنگامی که دمای دیواره به دمای اشباع رسید، جوشش هسته ای آغاز شده و در بقیه کانال جریان دوفازی به وجود آمده است. برای این ناحیه از کانال معادلات دوفازی اویلر شامل دو دسته معادله بقای جرم و ممنتم به همراه پایستگی انرژی حل شد. برای انجام محاسبات مربوط به قطر حباب هنگام جدا شدن از سطح گرم از سه دسته معادله مختلف بیان شده توسط تلوبینسکی، فریتز و پرودانویس استفاده شده است. در نهایت مشخص شد که در بین روابط بیان شده، رابطه ارائه شده توسط پرودانویس از دقت بالایی برای پیش بینی قطر جدایش حباب در جوشش جریانی داخل میکروکانال‌‌ها برخوردار است. نتایج عددی تطابق خوبی با نتایج یدست آمده از حل عددی نشان داد. تغییرات فشار و ضریب اصطکاک در هر اجرا بررسی شده و نتایج نشان داد که در ناحیه جوشش جریانی، افت فشار بیشتر از جریان غیر هم دمای تک فاز بوده و ضریب اصطکاک در جریان دوفازی تقریباً ?/? برابر ضریب اصطکاک در جریان تک فاز است. در جوشش جریانی بیشترین کسر حجمی بخار در کنار دیواره کانال بوده و با پیشروی در کانال میانگین کسر حجمی بخار حداکثر تا ???/? افزایش‌‌ می‌یابد. همچنین با تغییر شار جرمی و گرمایی مشاهده شد که با افزایش شار گرمایی و یا کاهش شار جرمی شروع جوشش هسته‌ای در فاصله کمتری از ورودی میکروکانال رخ داده و ضریب انتقال گرما نیز افزایش یافته است. در این پژوهش جوشش جریانی مادون سرد در داخل میکروکانال و نتایج حاصل از سه نوع رابطه برای قطر جدایش حباب بررسی شد که در مطالعات پیشین کمتر به این موضوع پرداخته شده است. کلمات کلیدی: انتقال گرما، میکروکانال، جوشش جریانی مادون سرد، قطر حباب هنگام جدا شدن از سطح

ارتقاء امنیت وب با وف بومی