पूल-उबलने बेलनाकार सतह पर हाइब्रिड wettable पैटर्न के साथ हीट-हस्तांतरण संवर्धन
Summary
पूल-उबलते गर्मी हस्तांतरण प्रयोगों गर्मी हस्तांतरण गुणांक (HTC) पर संकर wettable पैटर्न के प्रभाव का निरीक्षण करने के किए गए। जांच के मापदंडों interlines की संख्या और संशोधित wettable सतह के पैटर्न उन्मुखीकरण कर रहे हैं।
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
एक उच्च गर्मी प्रवाह बनाए रखने के 10-10 5 डब्ल्यू रेंज में ठंडा प्रदान प्रणाली / सेमी 2 इलेक्ट्रॉनिक्स, रक्षा, हवाई जहाज, और परमाणु उपकरण विकास के उभरते हुए क्षेत्रों में आवश्यक है। हवा के साथ पारंपरिक ठंडा दोनों फ्री- और मजबूर-संवहन स्थितियों के लिए कम गर्मी हस्तांतरण गुणांक (HTC) की वजह से इन अनुप्रयोगों के लिए अपर्याप्त है। 1000 डब्ल्यू / सेमी 2 1 – इस तरह के पूल उबलते के रूप में और चरण परिवर्तन के आधार पर ठंडा तकनीक, उबलते प्रवाह, काफी अच्छा 10 के आदेश पर उच्च गर्मी अपशिष्टों निकालने वाले हैं। के बाद से दो चरण गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया समतापीय है, ठंडा डिवाइस तापमान इसकी सतह पर लगभग स्थिर है। सतह के साथ तापमान की नगण्य भिन्नता के कारण, इस उपकरण के थर्मल झटका समाप्त किया जा सकता। हालांकि, उबलते गर्मी हस्तांतरण में प्रमुख सीमित पैरामीटर महत्वपूर्ण गर्मी प्रवाह (CHF) है, जो तापमान 2 में एक असामान्य वृद्धि का कारण बनता है </sup>।
पिछले कुछ दशकों में, व्यापक अनुसंधान सतह संशोधन, nanofluids, और सतह कोटिंग्स 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 का उपयोग करके CHF सुधार करने के लिए किया गया है। विभिन्न तरीकों के अलावा, सतह कोटिंग्स सतह क्षेत्र में पर्याप्त वृद्धि की वजह से CHF सुधार करने के लिए सबसे अच्छा तरीका हो पाया जाता है। सतह कोटिंग्स आम तौर पर पंख कार्रवाई, सरंध्रता प्रभाव, और सतह wettability 12 से गर्मी हस्तांतरण में वृद्धि। सतह wettability उबलते गर्मी हस्तांतरण में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। पिछले अध्ययनों से पता है कि कम गर्मी प्रवाह की स्थिति में, हाइड्रोफोबिक सतह जल्दी न्यूक्लिएशन की वजह से बेहतर एचटीसी से पता चलता दिखा। हालांकि, कम सेउच्च गर्मी प्रवाह, का गठन बुलबुले की टुकड़ी की सतह की ओर पानी की कम आत्मीयता के कारण धीमी है। यह बुलबुला संघीकरण की ओर जाता है और एक कम CHF 3 का परिणाम है। दूसरी ओर, एक हाइड्रोफिलिक सतह का गठन बुलबुले के तेजी से सेना की टुकड़ी की वजह से, एक उच्च CHF पैदा करता है, लेकिन यह बुलबुला न्यूक्लिएशन 13 में देरी की वजह से, कम गर्मी अपशिष्टों पर एक कम एचटीसी देता है।
संकर संरचनाओं hydrophobicity और hydrophilicity 14, 15, 16 के संयुक्त प्रभाव के कारण उबलते सभी गर्मी अपशिष्टों के लिए गर्मी हस्तांतरण में एक उल्लेखनीय वृद्धि दिखा। सू एट अल। कोटिंग superhydrophilic सी द्वारा उत्पादित विषम wettable सतह एक नकाबपोश तांबे की सतह पर नैनोकणों। वे कोटिंग समय में परिवर्तन करके विभिन्न wettability अनुपात हासिल की। उबलते के शुरू होने ज की तुलना में विषम सतहों पर पहले हुआomogeneous सतह है, जो काफी हद तक दीवार कम 17 अत्यधिक गरम। जो एट अल। पर, हाइड्रोफिलिक हाइड्रोफोबिक, और विषम गीला सतहों नाभिक उबलते गर्मी हस्तांतरण अध्ययन किया। विषम गीला सतह हाइड्रोफिलिक सतह पर हाइड्रोफोबिक पैटर्न वाली डॉट्स से बना है। वे उच्च HTCs और के रूप में हाइड्रोफिलिक सतह की तुलना में विषम सतह के लिए एक ही CHF मिला है। उबलते गर्मी हस्तांतरण में सुधार सीधे सतह पर और उबलते की स्थिति 18 पर डॉट्स की संख्या पर निर्भर करता है।
इस अध्ययन में, अक्षीय संकर wettable पैटर्न डुबकी कोटिंग तकनीक का उपयोग कर एक बेलनाकार तांबे की सतह पर तैयार किए गए। पूल-उबलते गर्मी हस्तांतरण पढ़ाई interlines की संख्या के और संकर wettable पैटर्न के उन्मुखीकरण के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए आयोजित की गई। उबलते गर्मी प्रवाह, HTC, और बुलबुला गतिशीलता सभी लेपित substrates और हम के लिए विश्लेषण किया गयातांबे सब्सट्रेट के साथ तुलना कर रहे हैं।
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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