مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

اثر سطوح شیاردار بر انتقال حرارت جوشش استخری آب و نانوسیال اکسیدآهن/آب

نویسندگان
1 دانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، تبدیل انرژی، دانشگاه یزد، یزد
2 دانشیار، مهندسی مکانیک، تبدیل انرژی، دانشگاه یزد، یزد
3 استاد، مهندسی مکانیک، تبدیل انرژی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان
چکیده
بررسی فرایند جوشش به دلیل کاربردهای فراوان در صنعت از جمله مبدل های حرارتی و سیستمهای تهویه مطبوع یکی از زمینه های جذاب برای محققان است. یکی از عوامل مهم و مؤثر در انتقال حرارت جوشش استخری، هندسهی سطح گرمکن است. در مقاله ی حاضر، جوشش استخری آب دیونیزه و نانوسیال اکسیدآهن/آب در فشار اتمسفر بر روی سطوح مسی صاف و شیاردار به طور تجربی بررسی شده است. تأثیر شیارهای مستطیلی، دایرهای و مثلثی با گام یکسان بر روی انتقال حرارت جوشش، هدف اصلی مقالهی حاضر است. نتایج نشان داده که ضریب انتقال حرارت جوشش آب دیونیزه در سطح شیاردار دایرهای و مستطیلی به ترتیب ۹۲ و ۴۸.۹ درصد افزایش و در سطح شیاردار مثلثی ۳۳.۱ درصد کاهش نسبت به سطح صاف داشته است. همچنین ضریب انتقال حرارت جوشش نانوسیال اکسید آهن/آب در سطح شیاردار دایرهای ۴۰.۷ درصد افزایش و در سطح شیاردار مستطیلی و مثلثی به ترتیب ۲۱.۸ و ۸۸.۷ درصد کاهش نسبت به سطح صاف داشته است. وجود گوشه ها در

هندسه ی مستطیلی و مثلثی باعث افزایش مقاومت حرارتی و کاهش ضریب انتقال حرارت نسبت به هندسه ی دایرهای میشود. همچنین مساحت شیار، مکانیزم ایجاد حباب ها و میزان تجمع نانوذرات بر روی سطوح مختلف بر انتقال حرارت جوشش مؤثر است. برای بررسی اثر عمق، عمق شیارها در هندسه های مختلف افزوده شد. با افزایش عمق، به دلیل بیشتر شدن سطح انتقال حرارت و چگالی مکانهای هسته زا، ضریب انتقال حرارت جوشش آب و نانوسیال به ترتیب حداکثر تا ۴۳.۵ و ۴۰.۶ افزایش یافته است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

The effect of grooved surfaces on pool boiling heat transfer of water and Fe3O4/water nanofluid

نویسندگان English

S. Nasiri 1
Sh. Talebi 2
M.R. Salimpour 3
1 Department of Mechanical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran.
3 Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
چکیده English

Investigating of boiling process is one of the attractive fields for researchers, because of many applications in industry such as heat exchangers and air condition systems. One of the important and effective factors in pool boiling heat transfer is the heating surface geometry. In present article, pool boiling of dionized water and Fe3O4/water nanofluid at atmospheric pressure have been analyzed on smooth and grooved copper surfaces, experimentally. The effect of rectangular, circular and triangular grooves with the same pitch on boiling heat transfer is the main aim of present article. The results have showed that the boiling heat transfer coefficient of dionized water in circular and rectangular grooved surfaces has enhanced 92% and 48.9%, respectively, and has reduced 33.1% in triangular grooved surface toward the smooth surface. Also, the boiling heat transfer coefficient of Fe3O4/water nanofluid in circular grooved surfaces has increased 40.7% and has decreased 21.8% and 88.7% in rectangular and triangular grooved surfaces, respectively, toward the smooth surface. The corners existence in rectangular and triangular geometries causes thermal resistance increasing and heat transfer coefficient decreasing toward circular geometry. Also, the groove area, the mechanism of bubbles creation and nanoparticles deposition content on different surfaces are effective on the boiling heat transfer. For investigation of depth effect, the grooves depth was increased in different geometries. By adding depth, the boiling heat transfer coefficient of water and nanofluid has increased up to 43.5% and 40.6%, respectively, because of heat transfer surface and nucleation sites density augmentation.

کلیدواژه‌ها English

Pool Boiling
Nanofluid
Grooved surface
Heat Transfer Coefficient
[1] A. E. Bergles, Enhancement of pool boiling, International journal of refrigeration, Vol. 20, No. 8, pp. 545-551, 1997.
[2] S. Choi, Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles, ASME-FED, Vol. 231, No.1, pp. 99-106, 1995.
[3] M. Shi, M. Shuai, Z. Chen, Study on pool boiling heat transfer of nanoparticle suspensions on plate surface, Journal of Enhanced Heat Transfer, Vol. 14, No. 3, pp. 223-231, 2007.
[4] R. Chandra, R. Kathiravan, Pool boiling characteristics of multiwalled carbon nanotube based nanofluids over a flat plate heater, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 54, No. 5, pp. 1289-1296, 2011.
[5] S. Vafaei, Nanofluid pool boiling heat transfer phenomenon, Powder Technology, Vol. 227, No. 1, pp. 181-192, 2015. [6] P. Vassallo, R. Kumar, Pool boiling heat transfer experiments in silica-water nanofluids, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.47, No. 2, pp. 407-411, 2004.
[7] A. K. Das, P. Saha, Nucleate boiling of water from plain and structured surfaces, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 31, No. 8, pp. 967-977, 2007.
[8] A. K. Das, P. Saha, Performance of different structured surfaces in nucleate pool boiling, Applied Thermal Engineering, Vol. 29, No. 17, pp. 3643-3653, 2009.
[9] V. Umesh, B. Raja, A study on nucleate boiling heat transfer characteristics of pentane and CuO-pentane nanofluid on smooth and milled surfaces, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 64, No. 1, pp. 23-29, 2015.
[10] P. Narayan, A. K. Baby, Survey on nucleate pool boiling of nanofluids: the effect of particle size relative to roughness, Journal of Nanoparticle Research, Vol. 10, No. 7, pp. 1099-1108, 2008.
[11] M. Dadjoo, N. Etesami, M. N. Esfahany, Influence of orientation and roughness of heater surface on critical heat flux and pool boiling heat transfer coefficient of nanofluid, Applied Thermal Engineering, Vol. 124, No. 1, pp. 353-361, 2017.
[12] R. Pastuszko, M. Piasecka, Pool boiling on surfaces with mini-fins and micro-cavities, 6th European Thermal Sciences Conference, Poitiers, France, September 4-7, 2012.
[13] J. H. Lee, T. Lee, Y. H. Jeong, Experimental study on the pool boiling CHF enhancement using magnetite-water nanofluids, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 55, No. 10, pp. 2656-2663, 2012.
[14] A. Abdollahi, M. R. Salimpour, N. Etesami, Experimental analysis of magnetic field effect on the pool boiling heat transfer of a ferrofluid, Applied Thermal Engineering, Vol. 111, No. I, pp. 1101-1110, 2017
[15] A. Abdollahi, M. R. Salimpour, N. Etesami, Experimental analysis of pool boiling heat transfer of ferrofluid on surfaces deposited with nanofluid, Modares Mechanical Engineering, Vol. 16, No. 2, pp. 19-30, 2016. (in Persian )
[16] P. Berger, N. B. Adelman. K. J. Beckman, Preparation and properties of an aqueous ferrofluid, Journal of Chemical Education, Vol. 76, No. 7, pp. 943-948, 1999.
[17] S. Wu, D. Zhu, X. Li, Thermal energy storage behavior of Alz03-H20 nanofluids, Thermochimica Acta, Vol. 483, No. 1, pp. 73-77, 2009.
[18] J. P. Holman, Experimental methods for engineers, Eighth Edition, pp. 63-72, New York: McGraw-Hill, 2012.
[19] D. Wen. Y. Ding, Experimental investigation into the pool boiling heat transfer of aqueous based Y-alumina nanofluids, Journal of Nanoparticle Research, Vol. 7 , No. 2, pp. 265-274, 2005.