Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Nasresfahany
محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Maryam Torabi
مریم ترابی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Experimental investigation of the quenching of a hot slab with nanofluid in different particle sizes
The objective of this study is to investigate the quenching of a hot copper slab in water-based silica nanofluid and water at saturated conditions under atmospheric pressure. The slab dimensions are ( 20×20×2 mm ) in such a way that the system can be assumed to be thermally Lumped and heats up to 500 ° C and then immersed in water or nanofluid. The temperature history in the center of slab was accurately recorded and Heat transfer rate was calculated. nanoparticles were synthesized by Tetra-ethyl orthosilicate, ethanol and Ammonia solution as reactants. DLS measurement represents nanoparticle distribution in 3 different sizes:18.94, 32.29 and 63.90 nm with 0.01,0.05 and 0.1% vol concentration. Quenching tests with nanosilica or water were experimented.each experiment repeated 3 times after polishing the slab surface, so that the initial slab surface for all quenching tests is a clean surface of the copper. Quenching and boiling curves for every nanofluid case were compared with water. To investigate nanostructured surface changes by the deposition of nanoparticles, 3D images were taken by (AFM) and (FESEM), before and after the experiments. After quenching in nanofluid, with the increase in particle size, the surface roughness, decreases in comparison with quenching in water by 29%, 33% and 43%, respectively. Also contact angle of nanofluid with surface, increases by 18, 23 and 27 degree respectively, versus contact angle of water, which deteriorates surface wettability. results show that as the nanosilica particles sizes increase for 18.94, 32.29 and 63.90 nm, the CHF values are reduced by 25%, 52% and 59%, respectively, and also the heat transfer coefficient are reduced 11%, 24% and 39%, respectively, in comparison with water and quenching time increases. In this study, since the size of the nanoparticles is smaller than the initial surface roughness, by increasing the size of the nanoparticles, the deposition of particles within the surface cavities, reduces surface roughness, surface wettability and active nucleation sites compared to the base fluid. On the other hand, due to poor thermal conductivity of the fouling layer of nanosilica, additional thermal resistance to heat transfer is caused. Thus, changes in surface characteristics such as roughness and wettability of the surface as a dominant mechanism, reduce the Boiling characteristics, such as CHF and Heat transfer coefficient.
هدف از این پژوهش، بررسی سردسازی غوطه وری تیغه ی داغ مسی در آب و نانوسیال سیلیکا بر پایه ی آب در دمای اشباع و فشاراتمسفر می باشد. تیغه مسی به ابعاد20×20×2 میلی مترانتخاب گردید تا فرض ظرفیت گرمایی فشرده برقرار باشد و سپس به دمای500 درجه سانتیگراد رسیده و سپس در آب یا نانوسیال غوطه ور گردید. تغییرات دمای تیغه مسی بر حسب زمان اندازه گیری و با فرض دمای یکنواخت تیغه، میزان شار گرمایی از تیغه به سیال در هر لحظه محاسبه شد. به منظور تهیه نانو سیال، نانو ذرات سیلیکا در محیط سیال پایه (اتانول) به صورت تک مرحله ای سنتز گردید. از تترا اتیل ارتو سیلیکات، اتانول، محلول آمونیوم هیدروکسید یا آمونیاک به عنوان مواد اولیه سنتز نانو ذرات سیلیکا استفاده شد. نتایج حاصل از آزمون DLS، توزیع اندازه نانو ذرات سنتز شده با اندازه های 94/18، 29/32 و90/63 نانومتر را مشخص نمود. سپس ذرات سیلیکا سنتز شده در سیال پایه ی اصلی آب دیونیزه، با غلظت های 01/0، 05/0 و1/0 درصد حجمی پراکنده شد. آزمایش های کوئنچ درون نانو سیلیکا بر پایه ی آب، با اندازه ذرات و غلظت های مذکور انجام گردید. هرآزمایش پس از پولیش کردن سطح تیغه و با شرط سطح اولیه ی یکسان، 3 بار تکرار شد. نمودارهای سرد سازی و جوشش برای نانوسیال نسبت به آب خالص مورد مقایسه قرار گرفت. برای بررسی تغییرات ساختار سطح بر اثر رسوب نانوذرات، قبل و بعد از انجام آزمایش ها، تصاویری سه بعدی توسط میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM ) تهیه شد .زبری سطح تیغه پس از کوئنچ در نانوسیال با افزایش اندازه نانوذرات به ترتیب 29% ، 33% و 43% درصد نسبت به زبری سطح پس از کوئنچ در سیال پایه آب، کاهش می یابد. همچنین زاویه تماس نانوسیال نسبت به زاویه تماس آب با سطح، به ترتیب 18، 23 و 27 درجه افزایش می یابد که بیانگر کاهش ترشوندگی سطح می باشد. نتایج نشان داد با افزایش اندازه نانوذرات سیلیکا برای 94/18، 29/32 و90/63 نانومتر ، مقادیر CHF به ترتیب 25% ، 52% و 59% و مقادیر ضریب انتقال حرارت به ترتیب11% ، 24% و 39% نسبت به آب کاهش و زمان سردشدن افزایش یافت. در این پژوهش چون اندازه نانوذرات کوچکتر از زبری اولیه سطح است، با افزایش اندازه نانوذرات، رسوب ذرات درون حفرات سطح، باعث کاهش زبری سطح ، ترشوندگی سطح و سایت های فعال هسته ای در مقایسه با سیال پایه می شود. از طرفی به علت هدایت حرارتی ضعیف لایه ی رسوب متراکم از ذرات نانوسیلیکا ، مقاومت حرارتی اضافی در برابر انتقال حرارت، نسبت به آب ایجاد می شود. بنابراین، تغییرات مشخصه های سطحی اعم از زبری و ترشوندگی سطح به عنوان مکانیزم غالب، باعث کاهش در مشخصه های جوشش مانند شارگرمایی بحرانی و ضریب انتقال حرارت می شود. کلمات کلیدی : سردسازی غوطه وری، جوشش استخری، شار گرمایی بحرانی، ضریب انتقال حرارت جوشش، مشخصه های سطح، نانوسیال

ارتقاء امنیت وب با وف بومی