하이브리드 수화제 패턴과 원통 표면에 풀 비등 열전달 향상
Summary
풀 비등 열전달 실험 열 전달 계수 (HTC)의 혼합 수화제 패턴의 영향을 관찰하기 위해 수행되었다. 조사의 매개 변수는 interlines 수 및 습윤 표면 개질의 패턴 방향이다.
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
10-10을 5 W의 범위 인 냉각 제공 고열 플럭스 시스템 유지 / cm 2 전자 방위, 항공 및 핵 발전의 새로운 분야에서 요구된다. 종래의 냉각 공기로 인해 자유 – 강제 대류 조건 모두 낮은 열 전달 계수 (HTC) 이러한 애플리케이션에 충분하다. 1000 W / cm 2 – 1과 같은 풀비 같은 상 변화 계 냉각 기술은 끓는 흐름 (10)의 순서로 높은 열유속 제거에 충분하다. 2 상 열전달 과정이 등온 때문에, 냉각 장치의 온도는, 그 표면 위에 거의 일정하다. 인해 표면을 따른 온도의 변화를 무시할 수있는 장치의 열충격이 제거 될 수있다. 그러나, 열전달 끓는 주요 파라미터는 제한 온도에서 2 이상 상승을 일으키는 임계 열유속 (CHF)은 인 </sup>.
지난 수십 년간, 광범위한 연구가 표면 개질, 나노 유체, 및 표면 코팅 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11을 사용하여 CHF를 개선하기 위해 수행되었다. 여러 가지 방법 중에서, 표면 코팅으로 인해 표면적의 상당한 증가에 CHF을 개선하는 가장 좋은 방법으로 발견된다. 표면 코팅은 일반적으로 핀 작용 효과 다공성 및 표면 습윤성 (12)에 의한 열 전달을 증가시킨다. 표면의 젖음성은 열 전달 비등에 중요한 역할을한다. 이전의 연구는 낮은 열유속 조건에서, 소수성 표면으로 인해 초기 핵으로 더 HTC 표시되는지 보여준다. 그러나,에높은 열유속은, 형성된 기포의 분리로 인해 표면을 향해 물 낮은 친화력으로 느리다. 이 기포 합체 리드와 하부 CHF 3 초래한다. 한편, 친수성 표면으로 인해 형성된 기포의 고속 박리, 높은 CHF를 생성하지만 인해 기포 핵 (13)의 지연, 낮은 열 플럭스로 하부 HTC를 준다.
하이브리드 구조로 인해 소수성 및 친수성 (14), (15, 16)의 결합 효과에 대한 모든 열 플럭스 열전달 비등 현저한 향상을 보여준다. 슈는 등. 초 친수성 실리콘 코팅하여 제조 된 이종 습윤 표면을 마스크 표면에 구리 나노 입자. 그들은 코팅 시간을 변경하여 다른 젖음성 비율을 달성했다. 비등 개시는 H에 비해 불균일 표면에 발생 이전실질적으로 감소 omogeneous 벽 표면 (17)을 과열. 조 등. 친수성, 소수성, 이종 습윤면에 핵 비등 열전달 연구를 수행 하였다. 균질 습윤 표면은 친수성 표면 소수성 도트 패턴으로 구성 하였다. 그들은 높은 HTCs 및 친수성 표면에 비해 이종의 표면 같은 CHF를 얻었다. 열전달 비등 향상 직접 표면 및 끓는 조건에 따라 18 점의 개수에 의존한다.
본 연구에서는 축 하이브리드 습윤성 패턴은 딥 코팅 기술을 이용하여 원통형의 구리 표면 상에 제작 하였다. 풀 비등 열전달 연구 interlines 수의 하이브리드 습윤성 패턴의 배향의 영향을 결정하기 위해 수행되었다. 끓는 열유속, HTC, 거품 역학은 모두 코팅 기판 우리 분석 하였다구리 기판과 비교 재.
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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