Enhancement Pool-ebollizione di trasferimento del calore su superfici cilindriche con i modelli ibridi bagnabili
Summary
esperimenti di trasferimento di calore Pool-bollente sono state effettuate per osservare gli effetti dei modelli ibridi bagnabili sul coefficiente di scambio termico (HTC). I parametri di ricerca sono il numero di interlining e l'orientamento modello della superficie bagnabile modificata.
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
Un sistema di calore elevato flusso di sostentamento che fornisce raffreddamento nell'intervallo 10-10 5 W / cm 2 è richiesta nei settori emergenti dell'elettronica, difesa, avionica e sviluppo dispositivo nucleare. raffreddamento convenzionale con aria è sufficiente per queste applicazioni a causa del coefficiente di scambio termico basso (HTC) per entrambe le condizioni di libero e convezione forzata. Le tecniche di raffreddamento cambiamento basate fase, come piscina ebollizione e il flusso bollente, sono abbastanza buono per rimuovere elevati flussi di calore dell'ordine di 10 – 1,000 W / cm 2 1. Poiché il processo di trasferimento di calore a due fasi è isotermico, la temperatura del dispositivo raffreddato è quasi costante sulla sua superficie. A causa della variazione trascurabile della temperatura lungo la superficie, lo shock termico del dispositivo può essere eliminato. Tuttavia, il principale parametro limitante in ebollizione trasferimento di calore è il flusso di calore critico (CHF), che causa un aumento anomalo della temperatura 2 </sup>.
Negli ultimi decenni, vasta ricerca è stata effettuata per migliorare la CHF mediante modificazione superficiale, nanofluidi, e rivestimenti di superficie 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11. Tra i vari metodi, rivestimenti di superficie si trovano ad essere il metodo migliore per migliorare il CHF causa del notevole aumento della superficie. Rivestimenti superficiali generalmente aumenta il trasferimento di calore con l'azione della pinna, effetti porosità e superficie bagnabilità 12. bagnabilità della superficie gioca un ruolo significativo nella bollente scambio termico. Precedenti studi mostrano che in condizioni di flusso termico inferiore, la superficie idrofoba mostra meglio HTC dovuta ai primi nucleazione. Tuttavia, aflusso di calore superiore, il distacco delle bolle formate è lento a causa della bassa affinità di acqua verso la superficie. Questo porta a bolla coalescenza e si traduce in una minore CHF 3. D'altro canto, una superficie idrofila produce una maggiore CHF, a causa del distacco rapido delle bolle formate, ma dà un HTC inferiore a flussi di calore bassa, a causa del ritardo nella bolla nucleazione 13.
Le strutture ibride mostrano migliora notevolmente bollente scambio termico per tutti i flussi di calore per l'effetto combinato di idrofobicità e idrofilia 14, 15, 16. Hsu et al. prodotta superficie bagnabile eterogenea rivestendo superidrofilia Si nanoparticelle su una superficie di rame mascherato. Hanno raggiunto differenti rapporti bagnabilità variando il tempo di rivestimento. L'insorgenza di ebollizione si è verificato in precedenza sulle superfici eterogenee rispetto alla hsuperficie omogenea, che ha ridotto sostanzialmente la parete Surriscaldamento 17. Jo et al. condotto studi termodistributori nucleata bollente su superfici bagnanti idrofile, idrofobe, ed eterogenei. La superficie bagnatura eterogenea è stata composta da punti modellati idrofobe sulla superficie idrofila. Hanno ottenuto HTCs superiore e la stessa CHF per la superficie eterogenea rispetto alla superficie idrofila. Un miglioramento bollente termovettore dipende direttamente dal numero di punti sulla superficie e dalle condizioni di ebollizione 18.
In questo studio, assiali modelli bagnabili ibridi sono stati prodotti su una superficie di rame cilindrica con la tecnica dip coating. Pool-bollente studi scambio termico sono stati condotti per determinare gli effetti del numero di interlining e dell'orientamento del modello bagnabile ibrido. Ebollizione flusso di calore, HTC e dinamiche bolla sono stati analizzati per i substrati tutti rivestiti e tiri rispetto al substrato di rame.
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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