Pool-Boiling Wärmeübertragung Enhancement auf zylindrischen Oberflächen mit Hybrid Benetzbare Patterns

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments besteht darin, den Einfluss der Anzahl und Ausrichtung axialer benetzbare Muster auf den Wärmeübergang beim Freikonvektions-Sieden zu untersuchen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen auf dem Gebiet des Wärmeübergangs beim Freikonvektions-Sieden zu beantworten, beispielsweise den Effekt der Hybrid-Variabilität auf den Wärmeübergangskoeffizienten und die Blasendynamik. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass sie den Wärmeübergangskoeffizienten beim Freikonvektions-Sieden und die Blasendynamik an hybriden benetzbaren Oberflächen präzise messen kann.

Zunächst zügig einen hohlen Kupferzylinder 15 Minuten lang mit Schleifpapier der Körnung 2.000 manuell polieren. Die polierte Oberfläche abspülen, um sie mit Aceton und anschließend mit entionisiertem Wasser zu reinigen. Das polierte Probeteil zwei Stunden lang bei einer konstanten Temperatur von 120 Grad Celsius in einen Ofen stellen.

Um eine superhydrophile Siliciumdioxid-Nanopartikellösung herzustellen, bereiten Sie zunächst Lösung A vor, indem Sie Tetraethoxysilan und entionisiertes Wasser mischen. Geben Sie anschließend zwei Tropfen 37%ige konzentrierte HCl zu Lösung A und rühren zwei Stunden lang um. Danach stellen Sie Lösung B her, indem Sie Ethanol und entionisiertes Wasser mischen.

Anschießend ein Milliliter Lösung A mit 80 Millilitern Lösung B vermischen und zwei Stunden lang rühren. Danach 32 Gramm Siliziumdioxid-Nanopartikel zur vorbereiteten Lösung hinzufügen und eine Stunde lang rühren, bevor das Prüfstück gemäß dem schriftlichen Protokoll eingetaucht wird. Danach zwei übereinander liegende Hybridmuster mit unterschiedlichen Ausrichtungen entlang der axialen Richtung des Prüfstücks herstellen, indem die Bereiche, die nicht beschichtet werden sollen, mit Isolierband entsprechend der erforderlichen Anzahl an übereinander liegenden Linien und der jeweils richtigen Ausrichtung abgedeckt werden.

Für die beiden versetzten Oberflächen bei einer Ausrichtung von null Grad stellen Sie die Versetzungen in der Mitte und den superhydrophilen Bereich auf der Oberseite ein. Umgekehrt, bei einer Ausrichtung von 180 Grad, positionieren Sie den superhydrophilen Bereich unten und die Versetzungen in der Mitte. Stellen Sie entsprechend die Positionen der vier- und achtversetzten Oberflächen bei den verschiedenen Ausrichtungen ein.

Als Nächstes tauchen Sie das maskierte Prüfstück mithilfe einer Tauchbeschichtungsapparatur mit hoher Tauchgeschwindigkeit in die vorbereitete Lösung ein und ziehen es mit einer langsamen Geschwindigkeit von fünf Millimetern pro Minute wieder heraus. Halten Sie das beschichtete Prüfstück eine Stunde lang bei 120 Grad in einem Ofen. Entfernen Sie abschließend das Isolierband aus dem maskierten Bereich, um die erforderliche Anzahl an Zwischenlinien mit der richtigen Ausrichtung zu erhalten.

Fixieren Sie mit Isolierband je ein Glasrohr an jeder kreisförmigen Basis des beschichteten Prüfkörpers. Befestigen Sie diese Anordnung entsprechend der erforderlichen Position der Zwischenlinien horizontal im Gehäuse mithilfe von Silikonpaste. Setzen Sie eine Patronenheizung mit einem dünnen Film aus Wärmeleitpaste im umlaufenden Bereich in die Bohrung des Prüfkörpers ein.

Schließen Sie die Patronenheizung an eine Gleichstrom-Stromversorgungseinheit an. Platzieren Sie T-Typ-Thermoelemente in die acht gleichmäßig verteilten ein Millimeter großen Löcher mit abwechselnden Tiefen von fünf Millimetern und sieben Millimetern. Anschließend schließen Sie diese an das Datenlogger an.

Setzen und befestigen Sie Widerstandsthermometer, einen Rückflusskühler und eine Zusatzheizung in den dafür vorgesehenen Öffnungen auf dem oberen Deckel. Bringen Sie sie über der Siedekammer an. Füllen Sie anschließend 1,4 Liter entionisiertes Wasser in die Pool-Siedekammer ein.

Schließen Sie den Rückflusskühler an eine Kühlkammer an, die auf fünf Grad Celsius gehalten wird. Kochen Sie das deionisierte Wasser vor dem Experiment mithilfe der Zusatzheizung im Siedekammer-Apparat 30 Minuten lang kräftig auf. Halten Sie das deionisierte Wasser durch die Zusatzheizung im Zustand des gesättigten Siedens.

Schalten Sie anschließend die Stromversorgung ein und geben Sie einen Anfangsstrom von 0,1 Ampere vor. Nehmen Sie währenddessen die Blasendynamik für jede Leistungszufuhr mit einer CCD-Kamera auf, die vor der Pool-Siedekammer positioniert und auf die Prüfstelle fokussiert ist. Warten Sie zwei Minuten, bis ein stationärer Zustand erreicht ist, und erhöhen Sie dann den elektrischen Strom in Schritten von 0,3 Ampere.

Notieren Sie die Temperatur bei jeder Leistungseingabe mithilfe des Datenloggers. Führen Sie das Experiment fort, bis ein maximaler Strom von vier Ampere erreicht ist. Führen Sie abschließend die Datenreduktion gemäß dem schriftlichen Protokoll durch.

Hier werden die Siedeleistungen einer blanken Kupferoberfläche, einer vollständig superhydrophilen Oberfläche und hybrider Oberflächen mit unterschiedlichen Anzahlen von Zwischenlinien bei einer Ausrichtung von null Grad gezeigt. Der Einfluss der verschiedenen Oberflächen auf die Siedekurven wird dargestellt, ebenso wie die Variation des Wärmeübergangskoeffizienten (HTC) in Abhängigkeit von der Wärmestromdichte. Oberflächen mit acht Zwischenlinien weisen einen besseren HTC im Vergleich zu anderen Oberflächen bei einer bestimmten Wärmestromdichte auf, während Oberflächen mit zwei und vier Zwischenlinien nahezu denselben HTC aufweisen.

Der Einfluss der Ausrichtung auf Siedekurven von zwei, vier und acht interlinierten Hybridoberflächen wird gezeigt. Eine Linksverschiebung der Siedekurven ergibt sich für die zwei interlinierte Oberfläche bei null Grad, die vier interlinierte Oberfläche bei 90 Grad und die acht interlinierte Oberfläche bei 45 Grad. Ebenfalls dargestellt ist der Einfluss der Ausrichtung auf den Wärmeübergangskoeffizienten für zwei, vier und acht interlinierte Hybridoberflächen.

Die HTC der beiden strukturierten Oberflächen bei null Grad, der vier strukturierten Oberflächen bei 90 Grad und der acht strukturierten Oberflächen bei 45 Grad weisen die höchsten Werte auf. Sobald diese Technik beherrscht ist, kann sie auf verschiedene Weise durchgeführt werden, sofern sie ordnungsgemäß ausgeführt wird. Zur Einarbeitung in dieses Verfahren können die Analyse des Wärmeübergangskoeffizienten beim Blasensieden und die Untersuchung der Blasendynamik durchgeführt werden, um den Einfluss der hybriden Variabilität auf das Behältersieden zu untersuchen.

Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Nanopartikeln und Chemikalien gefährlich sein kann, und Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen von Handschuhen und Masken sollten stets beachtet werden, wenn dieses Verfahren durchgeführt wird.