مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی اثر نشست نانوسیالات هیبریدی بر میکروکانال‌ها با مقاطع مختلف در جوشش استخری

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
چکیده
هدف از این تحقیق، بررسی تجربی اثر نشست نانوذرات روی سطح جوشش در حضور میکروکانال‌های تغذیه‌کننده، بر مشخصه‌های انتقال حرارت جوشش استخری می‌باشد. در این مطالعه تجربی، از سطوح جوشش مسی شامل سطح دایروی صیقلی و میکروکانال‌های مستطیلی و ذوزنقه‌ای استفاده شده است. میکروکانال‌ها شامل کانال‌های فرعی تغذیه‌کننده عمود بر کانال اصلی می‌باشند که باعث افزایش سطح جوشش و تفکیک مسیر سیال سرد پایین‌رونده و حباب‌های داغ بالارونده می‌شوند. آزمایشات جوشش هسته‌ای روی سطوح میکروکانال‌شده، در حضور نانو سیال هیبریدی شامل ۷۰درصد اکسید تیتانیوم و ۳۰درصد نانولوله کربنی چند جداره اصلاح‌شده با پایه OH و در غلظت‌های حجمی ۰/۱ و ۰/۵درصد، با سیال پایه آب یون‌زدایی‌شده انجام گرفته‌اند. نتایج آزمایشات جوشش نانو سیالات روی هر دو سطح میکروکانال‌شده نشان می‌دهند با افزایش غلظت، شار حرارتی بحرانی و ضریب انتقال حرارت بهبود یافته و بیشترین افزایش در شار حرارتی بحرانی و ضریب انتقال حرارت، مربوط به نانوسیال هیبریدی با غلظت حجمی ۰/۵درصد روی سطح با میکروکانال‌های ذوزنقه‌ای به ترتیب به میزان ۶۴/۶۴ و ۳۴۴/۷۶درصد نسبت به جوشش آب خالص روی سطح صیقلی مس می‌باشد. همچنین در جوشش آب خالص بر سطوح نشست‌یافته توسط نانوذرات، بیشترین افزایش شار حرارتی بحرانی و ضریب انتقال حرارت به ترتیب مربوط به سطح با میکرو کانال‌های ذوزنقه‌ای نشست‌یافته ۰/۱ و ۰/۵درصد حجمی، به مقدار ۱۲۰/۱۶ و ۱۴۹/۴درصد نسبت به جوشش آب خالص روی سطح صیقلی مس می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental Study of the Effect of Hybrid Nanofluids Deposition on Microchannels with Different Sections in Pool Boiling

نویسندگان English

M. Khayat
M. Mohebie
Mechanical Engineering Department, Science & Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

This study aims to investigate the effect of nanoparticle deposition on the boiling surface in the presence of microchannel on the characteristics of boiling heat transfer. In this experimental study, the copper boiling surfaces including polished circular surface, rectangular and trapezoidal microchannels were used. The microchannels include feeding sub-channels perpendicular to the main channel, which increases the boiling surface and separates the downward cool fluid flow and upward hot bubbles. Nuclear boiling experiments on microchannel surfaces in the presence of a hybrid water-based nanofluid containing 70% titanium oxide and 30% OH-based multi-wall carbon nanotubes in volumetric concentrations of 0.1% and 0.5% have been conducted. The results of nanofluid boiling experiments on both microchannel surfaces show that with increasing concentrations, critical heat flux and heat transfer coefficient increases and the highest increase in critical heat flux and heat transfer coefficient is related to the hybrid nanofluid with 0.5 % volumetric concentration on the surface with trapezoidal microchannel and their values are 64.64% and 344.76%, respectively, compared to pure water boiling on the polished copper surface. Also, in boiling of pure water on the deposited surfaces with nanoparticles, the greatest increase in critical heat flux and heat transfer coefficient is related to the surface with trapezoidal microchannels with 0.1% volumetric concentration and 0.5% and volumetric concentration and their values are 120.16% and 149.4% respectively, compared to pure water boiling on the polished copper surface.

کلیدواژه‌ها English

Pool Boiling
Hybrid Nanofluids
Microchannels
Nano Particle Deposition
Critical Heat Flux
Cooke D, Kandlikar SG. Effect of open microchannel geometry on pool boiling enhancemen. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2012;55(4):1004-1013. [Link] [DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.10.010]
Jaikumar A, Kandlikar SG. Enhanced pool boiling heat transfer mechanisms for selectively sintered open microchannels. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015;88:652-661. [Link] [DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.04.100]
Jaikumar A, Kandlikar SG. Pool boiling enhancement through bubble induced convective liquid flow in feeder microchannels. Applied Physics Letters. 2016;108(4):041604. [Link] [DOI:10.1063/1.4941032]
Mirza Gheitaghy A, Samimi A, Saffari H. Surface structuring with inclined minichannels for pool boiling improvement. Applied Thermal Engineering. 2017;126:892-902. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2017.07.200]
Mirza Gheitaghy A, Saffari H, Mohebbi M. Investigation pool boiling heat transfer in U-shaped mesochannel with electrodeposited porous coating. Experimental Thermal and Fluid Science. 2016;76:87-97. [Link] [DOI:10.1016/j.expthermflusci.2016.03.011]
Walunj A, Sathyabhama A. Comparative study of pool boiling heat transfer from various microchannel geometries. Applied Thermal Engineering. 2017;128:672-683. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2017.08.157]
Kumar Das S, Djaya Putra NS, Roetzel W. Pool boiling characteristics of nano-fluids. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2003;46(5):851-862. [Link] [DOI:10.1016/S0017-9310(02)00348-4]
Chopkar M, Das AK, Manna I, Das PK. Pool boiling heat transfer characteristics of ZrO2-water nanofluids from a flat surface in a pool. Heat and Mass Transfer. 2008;44(8):999-1004. [Link] [DOI:10.1007/s00231-007-0345-5]
Harish G, Emlin V, Sajith V. Effect of surface particle interactions during pool boiling of nanofluids. International Journal of Thermal Sciences. 2011;50(12):2318-2327. [Link] [DOI:10.1016/j.ijthermalsci.2011.06.019]
Sarafraz MM, Hormozi F. Pool boiling heat transfer to dilute copper oxide aqueous nanofluids. International Journal of Thermal Sciences. 2015;90:224-237. [Link] [DOI:10.1016/j.ijthermalsci.2014.12.014]
Amiri A, Shanbedi M, Amiri H, Zeinali Heris S, Kazi SN, Chew BT, et el. Pool boiling heat transfer of CNT/water nanofluids. Applied Thermal Engineering. 2014;71(1):450-459. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2014.06.064]
Ham J, Kim H, Yunchan S, Cho H. Experimental investigation of pool boiling characteristics in Al2O3 nanofluid according to surface roughness and concentration. International Journal of Thermal Sciences. 2017;114:86-97. [Link] [DOI:10.1016/j.ijthermalsci.2016.12.009]
Muhammad Ali H, Mustafa Generous M, Ahmad F, Irfan M. Experimental investigation of nucleate pool boiling heat transfer enhancement of TiO2-water based nanofluids. Applied Thermal Engineering. 2017;113:1146-1151. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2016.11.127]
Salari E, Peyghambarzadeh SM, Sarafraz MM, Hormozi F, Nikkhah V. Thermal behavior of aqueous iron oxide nano-fluid as a coolant on a flat disc heater under the pool boiling condition. Heat and Mass Transfer. 2017;53(1):265-275. [Link] [DOI:10.1007/s00231-016-1823-4]
Salimpour MR, Abdollahi A, Afrand M. An experimental study on deposited surfaces due to nanofluid pool boiling: Comparison between rough and smooth surfaces. Experimental Thermal and Fluid Science. 2017;88:288-300. [Link] [DOI:10.1016/j.expthermflusci.2017.06.007]
Abbasi SM, Rashidi A, Nemati A, Arzani K. The effect of functionalisation method on the stability and the thermal conductivity of nanofluid hybrids of carbon nanotubes/gamma alumina. Ceramics International. 2013;39(4):3885-3891. [Link] [DOI:10.1016/j.ceramint.2012.10.232]
Safi MA, Ghozatloo A, Hamidi AA, Shariaty-Niassar M. Calculation of heat transfer coefficient of MWCNT-TiO2 nanofluid in plate heat exchanger. International Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2014;3(10):153-162. [Link]
Bhosale GH, Borse SL. Pool boiling CHF enhancement with Al2o3-Cuo/H2o hybrid nanofluid. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT). 2013;2(10):946-950. [Link]
Kumar Gupta S, Dev Misra R. An experimental investigation on flow boiling heat transfer enhancement using Cu-TiO2 nanocomposite coating on copper substrate. Experimental Thermal and Fluid Science. 2018;98:406-419. [Link] [DOI:10.1016/j.expthermflusci.2018.06.012]
Morshed AKMM, Paul TC, Khan J. Effect of Cu-Al2O3 nanocomposite coating on flow boiling performance of a microchannel. Applied Thermal Engineering. 2013;51(1-2):1135-1143. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2012.09.047]
Moffat RJ. Describing the uncertainties in experimental results. Experimental Thermal and Fluid Science. 1988;1(1):3-17. [Link] [DOI:10.1016/0894-1777(88)90043-X]
Zuber N. Hydrodynamic aspects of boiling heat transfer transfer (Thesis). Technical Report. US: OSTI.GOV; 1959 June. Report No: AECU-4439. [Link] [DOI:10.2172/4175511]
Rohsenow WM. A method of correlating heat transfer data for surface boiling liquids. Technical Report. Cambridge: M.I.T. Division of Industrial Cooporation. 1951. Report No: 5. [Link]
Pioro LII. Experimental evaluation of constants for the Rohsenow pool boiling correlation. International Journal of Heat and Mass Transfer.1999;42(11):2003-2013. [Link] [DOI:10.1016/S0017-9310(98)00294-4]
Táboas F, Vallès M, Bourouis M, Gorenflo R. Pool boiling of ammonia/water and its pure component: Comparison data in literature with predictions of standard correlations. International Journal of Refrigeration. 2007;30(5):778-788. [Link] [DOI:10.1016/j.ijrefrig.2006.12.009]
Ahmed O, Hamed MS. Experimental investigation of the effect of particle deposition on pool boiling of nanofluids. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2010;55(13-14):3423-3436. [Link] [DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.02.021]
Jaikumar A, Kandlikar SG. Ultra-high pool boiling performance and effect of channel width with selectively coated open microchannel. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016;95:795-805. [Link] [DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.12.061]