توصيفگر ها :
جوشش جرياني مادون سرد , شارگرماي بحراني , ضريب انتقال گرما , كيفيت بخار تعادلي خروجي , نانوسيال , رسوب نانوذرات , سطح جوشش , منحني جوشش جرياني , ترشوندگي , جوشش هستهاي توسعه يافته
چكيده فارسي :
در اين پژوهش انتقال گرماي جوشش جرياني مادون سرد براي آب خالص و نانوسيالهاي مختلف از ناحيه تك فاز با سازوكار انتقال گرماي جابجايي اجباري تا ناحيه دو فاز با سازوكار جوشش هستهاي و سرانجام رسيدن به شارگرماي بحراني (CHF) تحت شرايط عملياتي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. آزمايشهاي جوشش جرياني در لولهاي با قطر داخلي 3/4 ميليمتر، زبري 328/2 ميكرومتر و زاويه تماس ° 73 با جرياني عمودي رو به بالا انجام شدند و منحني جوشش جرياني با تغيير شارگرماي داده شده به لوله گرمكن از ناحيه تك فاز تا بروز شارگرماي بحراني ترسيم شد و نواحي مختلف جوشش با ارائه سازوكارهاي حاكم بر انتقال گرماي هر ناحيه توصيف شدند. در بخش نخست پژوهش، آزمايشهاي آب تحت شرايط عملياتي مختلف از جمله شار جرمي ( kg/m2.s 689 ، 819 و 1148)، دماي مادون سرد سيال ورودي (C°30، 40 و 50)، طول لوله گرمكن (120 و 165ميليمتر) و فشار (يك و سه بار) انجام شدند و تأثير اين عوامل بر ضريب انتقال گرماي جوشش (HTC) و شارگرماي بحراني مورد مطالعه قرار گرفتند. نتايج نشان دادند CHF با افزايش شار جرمي و فشار به ترتيب 42 و 7/42 درصد افزايش يافت. در حالي كه افزايش دماي مادون سرد ورودي و افزايش طول لوله گرمكن باعث كاهش CHF به ترتيب به ميزان 5 و 2/24 درصد شدند. همچنين در ناحيه تك فاز با انتقال گرماي جابجايي اجباري، افزايش شار جرمي و فشار سبب بهبود ضريب انتقال گرما شدند، درحالي كه تأثير عوامل ذكر شده بر ضريب انتقال گرماي جوشش در ناحيه جوشش هستهاي به گونهاي بود كه با افزايش فشار، شار جرمي و دماي مادون سرد سيال ورودي ضريب انتقال گرما افزايش يافت و با كاهش طول لوله گرمكن، ضريب انتقال گرما افزايش يافت. در بخش دوم اين پژوهش، جوشش جرياني مادون سرد نانوسيال هاي مختلف شامل آلومينا/آب (005/0، 01/0، 02/0 و 03/0 درصد حجمي)، نقره/آب (005/0 و 01/0 درصد حجمي)، سيليكا/آب (005/0 درصد حجمي) و سريماكسيد/آب (005/0 درصد حجمي) در لوله گرمكن به طول 120 ميليمتر با جريان عمودي رو به بالا و دماي مادون سرد C °40 تحت فشار يك بار و در شارگرمايي متغير بررسي شد. منحني جوشش جرياني مادون سرد نانوسيالها با غلظت 005/0 درصد حجمي در نواحي مختلف مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت و با آب مقايسه شد. اثر عواملي مانند غلظت نانوسيال ورودي، نوع نانوسيال و شار جرمي در لوله خام بر ويژگيهاي جوشش جرياني مانند CHF ، ضريب انتقال گرما و كيفيت بخار تعادلي خروجي بررسي و با جوشش آب در لوله خام مقايسه شدند. ويژگيهاي سطح جوشش، مانند زبري سطح، ريختشناسي مشاهده شده از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و زاويه تماس، بررسي شدند و تأثير آنها بر ويژگيهاي جوشش جرياني مورد تحليل قرار گرفتند. بالاترين درصد افزايش CHF (4/23 درصد) در اين پژوهش براي نانوسيال آلومينا/آب با غلظت 03/0 درصد حجمي نسبت به ديگر نانوسيالها نسبت به CHF آب در لوله خام اتفاق افتاد. همچنين، بر اساس نتايج بدست آمده CHF نانوسيال سيليكا/آب با غلظت 005/0 درصد حجمي با افزايش شار جرمي از kg/m2s 459 تا 689 نسبت به آب به ترتيب 4/5 و 2/17 درصد افزايش يافتند. ضريب انتقال گرما براي همه نانوسيالها (005/0 درصدحجمي) نسبت به آب در لوله خام افزايش يافت و براي نانوسيال سريماكسيد/آب به دليل اندازه كوچك ذرات و الگوي يكنواخت تجمع نانوذرات در سطح و افزايش مكانهاي هستهزايي سطح، بيشترين افزايش در ضريب انتقال گرما مشاهده شد. كيفيت بخار تعادلي خروجي رفتار مشابهي را براي همه نانوسيالها و آب، در ناحيه تك فاز و ناحيه نزديك به بروز CHF نشان داد. در حاليكه كيفيت بخار تعادلي در خروجي براي نانوسيال ها مقاديركمتري در مقايسه با آب در ناحيه جوشش هستهاي داشت. ويژگيهاي جوشش آب بر روي سطوح نانو پوشش داده شده با نانوذرات مختلف در مقايسه با جوشش آب در سطح لوله خام مورد آزمايش قرار گرفتند و تأثير مشخصات سطوح جوشش در بهبود مشخصههاي جوشش قابل ملاحظه بود و با جوشش نانوسيال متناظر در لوله خام قابل رقابت هستند كه نشاندهنده تأثير بسزاي سطح اصلاح شده توسط نانوذرات رسوب كرده بر مشخصههاي جوشش ميباشد.
چكيده انگليسي :
In this research, subcooled flow boiling heat transfer for pure water and various nanofluids was investigated, transitioning from the single-phase region with the forced convection heat transfer mechanism to the two-phase region with the nucleate boiling mechanism, and ultimately reaching the critical heat flux under different operating conditions. Flow boiling tests were conducted in a tube with an inner diameter of 4.3 mm, a roughness of 2.328 µm, and a contact angle of 73°, with a vertical upward flow. The flow boiling curve was plotted showing the change in heat flux applied to the heating tube, from the single-phase region to the critical heat flux occurrence point. Different boiling regions were described by presenting the mechanisms governing the heat transfer in each region. In the first part of the research, water tests were conducted under different operational conditions, including mass flux (689, 819, and 1148 kg/m².s), sub-cooling temperature of the inlet fluid (30, 40, and 50°C), heater tube length (120 and 165 mm), and pressure (1 and 3 bar). The effects of these factors on the boiling heat transfer coefficient and critical heat flux were studied. The results showed that CHF increased by 42% and 42.7%, respectively, with mass flux and pressure increase. Meanwhile, the increase in the subcooling temperature of the inlet and the increase in the length of the heater tube decreased CHF by 5% and 24.2%, respectively. Also, in the single-phase region with forced convection heat transfer, increasing mass flux and pressure improved the heat transfer coefficient. However, the effect of these factors on the boiling heat transfer coefficient in the nucleate boiling region was such that, with increasing pressure, mass flux, and temperature, when the inlet fluid was cold, the heat transfer coefficient increased.
