Hibrid Sulandınlabilir Desenler Silindirik Yüzeylerde Pool-Kaynama Isı Transferinin Geliştirilmesi
Summary
Havuz kaynatma ısı transferi deneyleri ısı transferi katsayısı (HTC) üzerine hibrit ıslanabilir desen etkilerini gözlemlemek için yapılmıştır. araştırma parametreleri fugalara sayısı ve modifiye ıslatılabilir yüzey deseni yönelimi vardır.
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 Mayıs W aralığında soğutma sağlayan bir yüksek ısı akışı besleyen sistemi / cm2 elektronik, savunma, aviyonik ve nükleer cihaz gelişme ortaya çıkan alanlar gereklidir. hava ile geleneksel bir soğutma nedeniyle serbest ve baskılı-konveksiyon koşullar için düşük ısı transferi katsayısı (HTC) için, bu uygulamalar için yeterli değildir. 1,000 W / cm 2 1 – bu ve havuz kaynama gibi faz değişimine dayalı bir soğutma teknikleri, kaynar, akış 10 mertebesinde yüksek ısı akısı kaldırmak için yeterince iyi. iki fazlı bir ısı aktarma işlemi izotermal olduğu için, soğutulmuş, cihaz sıcaklığının yüzey boyunca hemen hemen sabittir. Nedeniyle yüzeyi boyunca sıcaklığın önemsiz değişiklikler nedeniyle, cihazın termal şok elimine edilebilir. Bununla birlikte, ısı transferi kaynayan temel sınırlayıcı parametre sıcaklığında 2 anormal artışa neden olur ve kritik ısı akısı (KKY) 'dir </sup>.
Son birkaç on yılda, kapsamlı araştırma yüzey modifikasyonu, nanosıvıları ve yüzey kaplamaları, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 kullanarak CHF geliştirmek için yürütülmüştür. Çeşitli yöntemler arasında, yüzey kaplamaları, yüzey alanında önemli bir artış CHF geliştirmek için en iyi yöntem olduğu bulunmuştur. Yüzey kaplamaları genellikle kanatçık eylem, gözeneklilik etkileri ve yüzey ıslanabilirlik 12 ısı transferini artırır. Yüzey ıslanabilirlik ısı transferi kaynayan önemli bir rol oynamaktadır. Daha önceki çalışmalar, düşük ısı akışı koşullarında, hidrofobik yüzey nedeniyle erken nükleasyon daha HTC göstermektedir göstermektedir. Ancak, endaha yüksek ısı akışı, oluşan kabarcıkların ayrılması nedeniyle yüzeyine doğru suyun düşük afinite yavaştır. Bu balon birleşmesine yol açar ve bir alt CHF 3 ile sonuçlanır. Öte yandan, bir hidrofilik yüzey nedeniyle oluşan kabarcıkların hızlı dekolmanı, daha yüksek bir CHF üretir, fakat bu durum hava kabarcığı 13 gecikme nedeniyle, düşük ısı akısı daha düşük bir HTC verir.
Hibrid yapıları nedeniyle hidrofobiklik ve hidrofiliklik 14, 15, 16 kombine etkisine tüm ısı kaplama için ısı transferini kaynayan dikkate değer bir artışı göstermektedir. Hsu ve ark. PE kaplama Si kaplamak suretiyle üretilen heterojen ıslatılabilir bir yüzey maskeli bakır yüzeyi üzerinde nano-tanecikleriyle. Bunlar kaplama süresi değiştirilerek farklı ıslanabilirlik oranlarını sağladı. kaynama başlangıcı saat göre heterojen yüzeylerde daha önce meydana gelenesas itibariyle bir duvar düşük omogeneous yüzey 17, aşırı ısıtma. Jo ve diğ. Hidrofilik, hidrofobik, ve heterojen ıslatma yüzeylerinde çekirdek kaynama ısı transferi çalışmalarını gerçekleştirdik. Heterojen ıslatma yüzeyi hidrofilik yüzeye hidrofobik desenli noktalar oluşmuştur. Daha yüksek HTCs ve hidrofilik yüzey ile karşılaştırıldığında, heterojen yüzeyi aynı CHF var. Isı transferini kaynayan bir gelişme, doğrudan yüzeye ve kaynama koşulları 18 üzerine noktalar sayısına bağlıdır.
Bu çalışmada, eksenel hibrid ıslatılabilir desenler daldırma kaplama tekniği kullanılarak silindirik bakır yüzeyi üzerinde üretilmiştir. Havuz kaynama noktalı bir ısı-transfer çalışmaları fugalara sayısı ve hibrid ıslatılabilir modelinin yönüne etkilerini belirlemek için deneyler yapılmıştır. Kaynama ısı akısı, HTC ve balon dinamikleri Tüm kaplanmış alt tabakalar ve biz için analiz edildiBakır alt-tabaka ile karşılaştırıldığında, yeniden.
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
- Putsch, G. Thermal challenges in the next generation of supercomputers. Proc. CoolCon MEECC Conference. , 1-83 (2005).
- Phan, H. T., Caney, N., Marty, P., Colasson, S., Gavillet, J. Surface wettability control by nanocoating: The effect on pool boiling heat transfer and nucleation mechanism. Int. J. Heat and Mass Transfer. 52, 5459-5471 (2009).
- Barber, J., Brutin, D., Tadrist, L. A review on boiling heat transfer enhancement with nanofluids. Nanoscale Res. Lett. 6 (1), 280 (2011).
- Kim, S. J., Bang, I. C., Buongiorno, J., Hu, L. W. Effects of nanoparticle deposition on surface wettability influencing boiling heat transfer in nanofluids. Appl. Phys. Lett. 89, 153107 (2006).
- Berenson, P. J. Experiments on pool-boiling heat transfer. Int. J. Heat Mass Transfer. 5 (10), 985-999 (1962).
- You, S. M., Simon, T. W., Bar-Cohen, A. A technique for enhancing boiling heat transfer with application to cooling of electronic equipment. IEEE Trans. Compon. Hybrids Manuf. Tech. 15 (5), 823-831 (1992).
- Li, C., Peterson, G. P. Parametric study of pool boiling on horizontal highly conductive microporous coated surfaces. J. Heat Transfer. 129 (11), 1465-1475 (2007).
- Trisaksri, V., Wongwises, S. Critical review of heat transfer characteristics of nanofluids. Renew. Sust. Energy Rev. 11 (3), 512-523 (2007).
- Trisaksri, V., Wongwises, S. Nucleate Pool Boiling Heat Transfer of TiO2-R141b nanofluids. Int. J. Heat Mass Transfer. 52 (5-6), 1582-1588 (2009).
- Suriyawong, A., Wongwises, S. Nucleate pool boiling heat transfer characteristics of TiO2- water nanofluids at very low concentrations. Exp. Therm. Fluid Sci. 34 (8), 992-999 (2010).
- Suriyawong, A., Dalkilic, A. S., Wongwises, S. Nucleate Pool Boiling Heat Transfer Correlation for TiO2-Water Nanofluids. J. ASTM Int. 9 (5), 1-12 (2012).
- Sarangi, S., Weibel, J. A., Garimella, S. V. Effect of particle size on surface-coating enhancement of pool boiling heat transfer. Int. J. Heat Mass Transfer. 81, 103-113 (2015).
- Kumar, C. S. S., Suresh, S., Kumar, M. C. S., Gopi, V. Effect of surfactant addition on hydrophilicity of ZnO-Al2O3 composite and enhancement of flow boiling heat transfer. Exp. Therm. Fluid Sci. 70, 325-334 (2016).
- Takata, Y., Hidaka, S., Uraguchi, T. Boiling feature on a super water-repellent surface. Heat Transfer Eng. 27 (8), 25-30 (2006).
- Takata, Y., Hidaka, S., Masuda, M., Ito, T. Pool boiling on a super hydrophilic surface. Int. J. Energy Res. 27 (2), 111-119 (2003).
- Takata, Y., Hidaka, S., Kohno, M. Enhanced nucleate boiling by super hydrophobic coating with checkered and spotted patterns. International Conference on Boiling Heat Transfer. , (2006).
- Hsu, C. C., Chiu, W. C., Kuo, L. S., Chen, P. H. Reversed boiling curve phenomenon on surfaces with interlaced wettability. AIP Advances. 4, 107110 (2014).
- Jo, H., Ahn, H. S., Kang, S. H., Kim, M. H. A study of nucleate boiling heat transfer on hydrophilic, hydrophobic and heterogeneous wetting surface. Int. J. Heat Mass Transfer. 54 (25-26), 5643-5652 (2011).
- Mehta, J. S., Kandlikar, S. G. Pool boiling heat transfer enhancement over cylindrical tubes with water at atmospheric pressure, Part I: Experimental results for circumferential rectangular open microchannels. Int. J. Heat Mass Transfer. 64, 1205-1215 (2013).
- Cornwell, K., Houston, S. D. Nucleate Pool Boiling on Horizontal Tubes – a Convection-Based Correlation. Int. J. Heat Mass Transfer. 37, 303-309 (1994).
- Holman, J. P. . Experimental Methods for Engineers. , (2007).
