Subcooled flow boiling heat transfer enhancement in microchannels/tubes with modifications of surface characteristics with micro/nano structures and films
Mikro/nano yapılar ve filmlerle yüzey karakteristiği değiştirilmiş mikrokanal/ tüplerde doymamış akış kaynama ısı transferi artırılması
- Tez No: 418652
- Danışmanlar: Prof. Dr. ALİ KOŞAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 60
Özet
Bu çalışmada, doymamış akış kaynaması, yüzeyleri çeşitli metodlarla geliştirilmiş mikrotüpler/kanallarda deneysel olarak araştırılmıştır. Tüm deneylerde, çalışma sıvısı olarak deiyonize (DI) su kullanılmıştır. İlk çalışmada, 502 μm iç çaplı hipodermik paslanmaz çelik mikrotüplerin iç duvarlarını polihidroksietilmetakrilat (pHEMA)/poliperflorodesilakrilat (pPFDA) kaplamak için başlatılmış kimyasal buhar biriktirme metodu kullanılmıştır. Bu kaplama, mikrokanalların yüzeyi boyunca ıslanabilirliği değiştirmiş ve aynı zamanda yüksek gözeneklilik sunmuştur. Islanabilirliğin etkisini araştırmak için deneyler, mikrotüplerin hem hidrofobik hem hidrofilik uçlarında yapılmıştır ki bu uçların biri en hidrofilik yere (pHEMA) ve diğeri en hidrofobik yere (pPFDA) karşılık gelmektedir. Sonuçlar, yüzeyi kaplamasız mikrotüp sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlar kaplamalarla doymamış akış kaynama ısı transferinde kayda değer bir artış olduğunu ortaya çıkarmıştır ancak en yüksek ısı transferi katsayılarına pHEMA kaplanmış çıkış kısmında (hidrofobik giriş ve hidrofilik çıkış) maksimum % 64 artış oranıyla ulaşılmıştır. Kaplanmış mikrotüplerde ısı transferi artışının sebebi çekirdeklenme bölgesi yoğunluğu, baloncuk salınması, artırılmış konveksiyon, ve baloncuk hareketidir ve bunun da sebebi uzunluk boyunca ıslanabilirliğin değiştirildiğidir. Sonuçlar göstermiştirki iCVD metoduyla elde edilmiş olan gradyan şeklinde pHEMA/pPFDA kaplaması mikro boyutta soğutma uygulamaları için kullanılabilir bir yüzey geliştirme metodu olarak değerlendirilebilir. İkinci çalışmada, 14 cm uzunlukta, 1.5 cm genişlikte, ve 500 μm derinlikte olan bir aluminyum 2024 alaşımından yapılmış bir yatay mikrokanal, doymamış kaynama ısı transferi araştırılması için kullanılmıştır. 150 × 150 mm boyutlarında mikro ve nano yapılı olan aluminyum plakaları hazırlamak için, farklı kum tanesi boyutunda zımparalayarak ve kaynayan DI suya batırarak çevreye zarar vermeyen ve basit yöntemler kullanılmıştır. Deneyler 70, 100, ve 125 kg/m2s olan farklı kütle akılarında gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar 400 ve 1000 kum tanesi boyutlarla zımparalanmış plakalarda ısı transferi katsayılarında artış gösterirken, 36 ve 60 kum tanesi boyutlarla zımparalanmış plakalar, işlem görmemiş plakalara göre ısı transferi kat sayılarında bozulma göstermiştir. Isı transferi artışı, artırılmış ısıtma yüzey alanı ve daha aktif çekirdeklenme alanı sebebiyledir. Görüntüleme çalışması mikro ve nano yapılı plakalarda baloncukların ayrılmasını ve ortaya çıkan baloncukların boyutunu göstermek amacıyla yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, subcooled flow boiling was experimentally investigated in micro tubes/channels, whose surfaces were enhanced by various methods. In all the experiments, deionized (DI) water was used as the working fluid. In the first study, initiated chemical vapor deposition (iCVD) method was employed to coat the inner walls of stainless steel hypodermic microtubes having inner diameter of 502 µm with polyhydroxyethylmethacrylate (pHEMA)/polyperfluorodecylacrylate (pPFDA) coatings. This coating altered wettability along the surface of the microchannels and also offered high porosity. To investigate the effect of wettability, the experiments were accomplished for both hydrophilic and hydrophobic ends of the microtubes such that one end corresponded to the most hydrophilic (pHEMA) location, while the other end corresponded to the most hydrophobic (pPFDA) location. The results were compared to the results with the bare surface microtube. The experimental results revealed a remarkable increase in subcooled boiling heat transfer with the coatings, while the highest heat transfer coefficients were attained for the pHEMA coated (hydrophobic inlet and hydrophilic outlet) outlet case with a maximum heat transfer enhancement ratio of ~64%. The reason for the enhanced heat transfer with the coated microtubes can be attributed to the increased nucleation site density and bubble release as well as enhanced convection and bubble motion near the surface due to the variation in wettability along the length. The results showed that gradient pHEMA/pPFDA coatings obtained by iCVD method can be utilized as a viable surface enhancement method in microscale cooling applications. In the second study, a horizontal microchannel made of Aluminum (Al) with a length of 14 cm, width of 1.5 cm, and depth of 500 µm was utilized to investigate subcooled boiling heat transfer. Environmentally friendly and simple methods of sanding with sandpapers in different grit sizes and immersion in boiling DI water were used to prepare the micro and nano structured (hierarchical) Al alloy 2024 plates (150 × 150 mm) which were integrated near the exit of the microchannel. The experiments were carried out at different mass fluxes of 70, 100, and 125 kg/m2s. The results revealed that plates sanded with grit sizes of 400 and 1000 enhanced heat transfer coefficients while plates sanded with grit sizes of 36 and 60 deteriorated heat transfer coefficients compared to the untreated plate. The reason for heat transfer enhancement was related to an increase in both the heating surface area and active nucleation sites. A high speed camera was used for visualizing bubble departures in boiling experiments.
Benzer Tezler
- Implementation of metal-based microchannel heat exchangers in a microrefrigeration cycle, and numerical and experimental investigation of surface roughness effects on flow boiling
Metal tabanlı mikrokanallı ısı değiştiricilerin bir mikro soğutma çevrimine uygulanması; yüzey pürüzlüğünün buharlaşmaya etkisinin sayısal ve deneysel incelemesi
RAHIM JAFARI KHOUSHEH MEHR
Doktora
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANİFE TUBA OKUTUCU ÖZYURT
YRD. DOÇ. DR. HAKKI ÖZGÜR ÜNVER
- Sıkıştırılmış sıvı kaynaması
Subcooled boiling
ZEHİR FATİH ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞARMAN GENÇAY
- A Systematic study to investigate the effect of concentration on flow boiling heat transfer characterisics in water ethylene glycol system
Başlık çevirisi yok
MURAT BULUT
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Makine MühendisliğiRochester Institute of TechnologyPROF. DR. SATISH G. KANDLIKAR
- Numerical and experimental studies on multi-phase flows in microchannels
Mikrokanallardaki çok fazlı akış üzerine sayısal ve deneysel çalışmalar
ABDOLALİ KHALİLİ SADAGHİANİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KOŞAR
- Soğutucular için kaynama ısı transferi denklemlerinin irdelenmesi
Investigation of flow boiling heat transfer equations for refrigerants
OĞUZ EMRAH TURGUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. M. TURHAN ÇOBAN