Enhancement Pool-ebulição de transferência de calor em cilíndricos Superfícies com padrões molháveis híbridos
Summary
experiências de transferência de calor em ebulição piscina foram realizados para observar os efeitos de padrões molháveis híbridos sobre o coeficiente de transferência de calor (HTC). Os parâmetros de investigação são o número de entrelinhas e a orientação do padrão de superfície molhável modificado.
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
Um sistema de alta calor de fluxo-sustentada proporcionando arrefecimento na gama de 10-10 maio W / cm2 é necessária nos campos emergentes da electrónica, defesa, aviónica, e desenvolvimento de dispositivo nuclear. de arrefecimento convencional com ar é insuficiente para estas aplicações, devido ao coeficiente de transferência de calor baixo (HTC) para ambas as condições Free- e de convecção forçada. As técnicas de arrefecimento à base de mudança de fase, tais como piscina de ebulição e fluxo de ebulição, são suficientemente boas para remover fluxos de calor elevadas da ordem de 10 – 1000 W / cm 2 1. Uma vez que o processo de transferência de calor de duas fases é isotérmica, a temperatura do dispositivo arrefecida é quase constante ao longo da sua superfície. Devido à variação insignificante da temperatura ao longo da superfície, o choque térmico do dispositivo pode ser eliminado. No entanto, a principal limitação em ebulição parâmetro de transferência de calor é o fluxo crítico de calor (ICC), o que provoca um aumento anormal da temperatura dois </sup>.
Nas últimas décadas, uma extensa pesquisa foi realizada para melhorar a CHF usando modificação da superfície, nanofluidos, e revestimentos de superfície 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11. Entre os vários métodos, revestimentos de superfície são encontrados para ser o melhor método para melhorar a CHF devido ao aumento substancial na área de superfície. Os revestimentos superficiais geralmente aumentar a transferência de calor por acção da aleta, efeitos de porosidade, e molhabilidade da superfície 12. molhabilidade da superfície desempenha um papel significativo na fervura de transferência de calor. Estudos anteriores mostram que, em condições de calor de fluxo mais baixas, a superfície hidrofóbica mostra melhor HTC devido ao início de nucleação. No entanto, amaior fluxo de calor, o desprendimento das bolhas formadas é lento devido à baixa afinidade de água em direcção à superfície. Isto leva a bolha coalescência e resulta numa menor 3 CHF. Por outro lado, uma superfície hidrofílica produz um CHF mais elevado, por causa do rápido desprendimento das bolhas formadas, mas dá uma HTC inferior a fluxos de calor de baixo, devido ao atraso na bolha 13 de nucleação.
As estruturas híbridas mostram uma melhoria notável em ebulição de transferência de calor para todos os fluxos de calor devido ao efeito combinado de hidrofobicidade e hidrofilicidade 14, 15, 16. Hsu et al. produzido superfície molhável heterogénea por revestimento super-hidróf ila Si nanopartículas sobre uma superfície de cobre mascarado. Conseguiram diferentes rácios de molhabilidade, variando o tempo de revestimento. O início da ebulição ocorreu mais cedo nas superfícies heterogéneos em comparação com o homogeneous superfície, o que reduziu substancialmente a parede 17 sobreaquecer. Jo et al. realizados estudos de transferência de calor de ebulição nucleada em superfícies de molhagem hidrofílicas, hidrofóbicas, e heterogéneas. A superfície molhante heterogénea foi composta por pontos estampados hidrofóbicas na superfície hidrofílica. Eles tem HTCs mais elevados e ao mesmo CHF para a superfície heterogénea, em comparação com a superfície hidrofílica. Uma melhoria na fervura de transferência de calor depende diretamente do número de pontos na superfície e sobre as condições de ebulição 18.
Neste estudo, os padrões molháveis híbridos axiais foram produzidas sobre uma superfície de cobre cilíndrica utilizando a técnica de revestimento por imersão. -Pool ebulição estudos de transferência de calor foram conduzidos para determinar os efeitos do número de entrelinhas e da orientação do padrão molhável híbrido. Ebulição do fluxo de calor, HTC, e dinâmicas de bolha foram analisadas para todos os substratos revestidos e nósre em comparação com o substrato de cobre.
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…
Divulgazioni
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 |
Riferimenti
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