ハイブリッド湿潤性パターンを持つ円筒面上のプール沸騰熱伝達の強化
Summary
プール沸騰熱伝達実験は、熱伝達係数（HTC）のハイブリッド湿潤性パターンの影響を観察するために実施しました。調査のパラメータは、インターラインの数および修飾湿潤性表面のパターンの向きです。
Abstract
In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the hybrid wettable pattern. Hybrid wettable patterns were produced by coating superhydrophilic SiO2 on a masked, hydrophobic, cylindrical copper surface. Using de-ionized (DI) water as the working fluid, pool-boiling heat-transfer studies were conducted on the different surface-treated copper cylinders of a 25-mm diameter and a 40-mm length. The experimental results showed that the number of interlines and the orientation of the hybrid wettable pattern influenced the wall superheat and the HTC. By increasing the number of interlines, the HTC was enhanced when compared to the plain surface. Images obtained from the charge-coupled device (CCD) camera indicated that more bubbles formed on the interlines as compared to other parts. The hybrid wettable pattern with the lowermost section being hydrophobic gave the best heat-transfer coefficient (HTC). The experimental results indicated that the bubble dynamics of the surface is an important factor that determines the nucleate boiling.
Introduction
10-10 5 W / cm 2の範囲で冷却提供高い熱フラックス維持システムは、エレクトロニクス、防衛、航空電子工学、および核のデバイス開発の新興分野で必要とされます。空気と従来の冷却は、自由及び強制対流の両方の条件のために低い熱伝達係数（HTC）をこれらの用途には不十分です。千W / cm 2と1 -例えば、プール沸騰のような相変化ベースの冷却技術は、沸騰する流れ、10のオーダーの高い熱流束を除去するのに十分です。二相熱伝達プロセスが等温であるため、冷却装置の温度は、その表面にわたってほぼ一定です。 、表面に沿った温度の無視できる変化に、デバイスの熱衝撃をなくすことができます。しかし、伝熱沸騰における主要な制限パラメータは、温度の異常上昇を引き起こす臨界熱流束（CHF）であり、2 </sup>。
過去数十年で、広範な研究は、表面改質、ナノ流体、及び表面コーティング3、4、5、6、7、8、9、10、11を用いてCHFを改善するために行われています。様々な方法の中で、表面コーティングは、表面の面積の大幅な増加にCHFを改善するための最良の方法であることが見出されています。表面コーティングは、一般的にフィンアクション、気孔率の影響、及び表面湿潤性12によって熱伝達を増加させます。表面濡れ性は、熱伝達を沸騰で重要な役割を果たしています。これまでの研究では、低熱流束条件で、疎水性表面が原因の早期核に、より良いHTCを示していることを示しています。しかし、時より高い熱流束は、形成される気泡の剥離は、表面に向かって水の低親和性に遅いです。これは、下のCHF 3でバブル合体し、結果につながります。一方、親水性の表面が形成されるため、気泡の高速剥離の、より高いCHFを生成し、それは、気泡核生成13における遅延に起因する低熱流束に低いHTCを与えます。
ハイブリッド構造は、疎水性および親水性14、15、16の複合効果による全熱流束のための伝熱を沸騰著しい向上を示します。スーら。マスクされた銅表面上に超親水Siナノ粒子をコーティングすることにより不均質湿潤性表面を生成しました。彼らは、コーティング時間を変えることによって、異なる濡れ性比を達成しました。沸騰の開始は時間に比べ異種表面に早く発生しました実質的に壁を低減omogeneous表面は、17を過熱しました。ジョーら。親水性、疎水性、および異種湿潤表面に核沸騰熱伝達の研究を行いました。異種湿潤表面は、親水性表面上の疎水性パターン化されたドットから構成されていました。彼らは、親水性表面と比較して高いのHTCと異質表面に同じCHFを得ました。伝熱沸騰の改善が直接表面上及び沸騰条件18時のドットの数に依存します。
本研究では、軸ハイブリッド湿潤性パターンは、浸漬コーティング技術を用いて、円筒状の銅表面上に作製しました。プール沸騰熱伝達の研究は、インターラインの数のハイブリッド湿潤性パターンの向きの効果を決定するために行きました。沸騰熱流束、HTC、およびバブルダイナミクスは、すべてのコーティングされた基板と、私たちのために分析しました。銅基板に比べて再。
Protocol
Representative Results
Discussion
The main goal of this investigation was to develop a pool-boiling heat sink for high heat dissipation applications, such as nuclear reactors, boilers, and heat pipes, by introducing the hybrid wettable surface, as described in the protocol section. These surfaces can produce better pool-boiling performances than homogeneous wettable surfaces (hydrophilic and hydrophobic). The improvement in the boiling heat-transfer performance is due to an increase in active nucleation sites and the easy detachment of the formed bubbles…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors gratefully acknowledge funding support from the Ministry of Science and Technology, MOST (project numbers: MOST 104-2218-E-002 -004, MOST 105-2218-E-002-019, MOST 105-2221-E-002 -107 -MY3, MOST 102-2221-E-002 -133 -MY3, and MOST 102-2221-E-002 -088 -MY3).
Materials
| Deionized water | |||
| Silica nanopowder,40nm | UniRegion Bio-Tech | 60676860 | |
| Ethanol | ECHO Chemical co. Ltd | 64175 | |
| Hydrochloric acid | SHOWA Chemical co. Ltd. | 7647010 | |
| Tetraethoxysilane | SHOWA Chemical co. Ltd. | 78104 | |
| Acetone | UNI-ONWARD CORP. | 67641 | |
| Cartridge Heater | Chung Shun Heater & Instrument Co, Ltd. | ||
| Pyrex glass | Automotive Glass service , Taiwan | ||
| Ordinary toughened glass | Automotive Glass service , Taiwan | ||
| Thermal paste | Electrolube | EG-30 | |
| Insulation Tape | Chuan Chi Trading Co. Ltd | Kapton Tape | |
| Sandpaper | Chuan Chi Trading Co. Ltd | #2000 | |
| Heating furnace | Chung Chuan | Hong Sen HS-101 | |
| Electronic scales | A&D co. Ltd | GX400 | |
| Ultrasonic cleaner | Bransonic | Bransonic 3510 | |
| Magnet stirrer | Yellow line | MST D S1 | |
| Data logger | Yokogawa | MX-100 | |
| CCD camera | JVC | LY35862-001A | |
| Silicon paste | Permatex | 599BR | |
| Power supply | Gwinstek | GPR-20H50D | |
| Teflon tape | Chuan Chi Trading Co. Ltd | CS170000 | |
| Contact Angle Goniometer | Sindatek | Model 100SB | |
| Auxiliary Heater | Chuan Chi Trading Co. Ltd | ||
| T- type thermocouples | Chuan Chi Trading Co. Ltd | ||
| Reflux Condenser | Chuan Chi Trading Co. Ltd | ||
| Fiber glass | Professional Plastics, Taiwan |
References
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