Name: Poprawa wymiany ciepła we wrzeniu w basenie na powierzchniach cylindrycznych dzięki hybrydowym wzorom zwilżalnym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 32 s
Description: Poznaj metodę poprawy wymiany ciepła we wrzeniu w basenie przy użyciu hybrydowych wzorów zwilżalnych na powierzchniach cylindrycznych. Technika ta umożliwia precyzyjne pomiary współczynnika przewodzenia ciepła i dynamiki bąbelków.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują za wsparcie finansowe ze strony Ministerstwa Nauki i Technologii, MOST (numery projektów: 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 i MOST 102-2221-E-002 -088 -MY3).

1. Przygotowanie zmodyfikowanych powierzchni
<ol>
	<li>Ręcznie wypolerować próbkę testową (drążony cylinder miedziany o długości 40 mm (l), średnicy zewnętrznej 25 mm (do) i średnicy wewnętrznej 18 mm (di)) przez 15 min, używając papieru ściernego o ziarnistości ＃2 0. Oczyścić wypolerowaną powierzchnię, płukąc ją acetonem, a następnie wodą DI.</li>
	<li>Umieścić wypolerowaną próbkę testową w piekarniku na 2 h w stałej temperaturze 120 °C.</li>
	<li>Przygotować superhydrofilowy roztwór nanocząsteczek SiO2 zgodnie z poniższymi krokami:
	<ol>
		<li>Przygotować roztwór A, mieszając tetraetoksysilan i wodę DI w stosunku molowym 1:4. Dodać do roztworu A 2 krople 37% stężonego HCl i mieszać przez 2 h.</li>
		<li>Przygotować roztwór B, mieszając etanol i wodę DI w stosunku molowym 1:3.</li>
		<li>Wymieszać 1 mL roztworu A z 80 mL roztworu B i mieszać przez 2 h.</li>
		<li>Dodać 32 g nanocząsteczek SiO2 (o średnicy 40 nm) do przygotowanego roztworu i mieszać przez 1 h.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zanurzyć próbkę testową w przygotowanym roztworze za pomocą aparatury do powlekania metodą dip-coating z prędkością 5 mm/min. Przechowywać powlekaną próbkę w piekarniku w temperaturze 120 °C przez 1 h.</li>
	<li>Przygotować 2, 4 i 8 przerwanych hybrydowych wzorów o różnych orientacjach wzdłuż kierunku osiowego (jak pokazano na Rysunku 1) zgodnie z poniższymi krokami:
	<ol>
		<li>Zamaskować obszar, który nie ma zostać powlekany, używając taśmy izolacyjnej zgodnie z wymaganą liczbą przerw i odpowiednią orientacją (dla powierzchni z 2 przerwami o orientacji 0° ustawić przerwy w centrum, a obszar superhydrofilowy (obszar do powlekania) na górnej stronie. Z kolei dla orientacji 90° ustawić jedną przerwę na górze, a drugą na dole, a dla orientacji 180° ustawić obszar superhydrofilowy na dole i przerwy w centrum. Analogicznie ustawić położenie powierzchni z 4 i 8 przerwami o różnych orientacjach, jak pokazano na Rysunku 1).</li>
		<li>Zanurzyć zamaskowaną próbkę testową w przygotowanym roztworze za pomocą aparatury do powlekania metodą dip-coating; zanurzyć z dużą prędkością i wyciągnąć z niską prędkością 5 mm/min. Przechowywać powlekaną próbkę w piekarniku w temperaturze 120 °C przez 1 h.</li>
		<li>Usunąć taśmę izolacyjną z zamaskowanego obszaru, aby uzyskać wymaganą liczbę przerw o odpowiedniej orientacji.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Wzory powłok superhydrofobowych na miedzi, schematy kątowe, widok izometryczny do analizy powierzchni." src="/files/ftp_upload/55387/55387fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rycina 1. Wybór różnych powierzchni z liniami pomocniczymi. (a) Schemat różnych powierzchni z rowkami o różnych orientacjach. Stosunek powierzchni gładkiej miedzi do powierzchni superhydrofilowej wynosi 1:1 we wszystkich warunkach. (b) Kryteria wyboru orientacji. (c) Widok izometryczny 2 interline 0° powierzchnia zorientowana kątowo. Orientację określono jako kąt pomiędzy linią bazową a linią środkową powłoki pierwszego hydrofilowego wzoru od strony górnej, mierzony zgodnie z ruchem wskazówek zegara. <a href="http://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55387/55387fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
2. Procedura eksperymentalna
<ol>
	<li>Za pomocą taśmy izolacyjnej przymocuj jedną szklaną rurkę do każdej okrągłej podstawy powlekanej próbki testowej.</li>
	<li>Przymocuj ten zestaw poziomo do komory o wymiarach 140- x 140- x 160-mm (jak pokazano na Rysunku 2), używając pasty silikonowej zgodnie z wymaganym położeniem linii międzywyznaczających.</li>
	<li>W otworze próbki testowej umieść grzałkę patronową o mocy 50-W, średnicy 18-mm i długości 40 mm, nakładając cienką warstwę pasty termoprzewodzącej na obszar obwodowy.</li>
	<li>Podłącz grzałkę patronową do zasilacza prądu stałego (DC).</li>
	<li>W 8 równomiernie rozmieszczonych otworach o średnicy 1-mm umieść termopary typu T, na naprzemiennych głębokościach 5 mm i 7 mm, jak pokazano na Rysunku 3. Podłącz je do rejestratora danych.</li>
	<li>W wyznaczonych miejscach na górnej pokrywie włóż i przymocuj czujniki temperatury RTD, chłodnicę zwrotną oraz grzałkę pomocniczą. Przymocuj je nad komorą wrzenia.</li>
	<li>Wlej 1 40 mL wody DI do komory wrzenia basenowego.</li>
	<li>Podłącz chłodnicę zwrotną do komory chłodzącej utrzymywanej w temperaturze 5 °C.</li>
	<li>Przed rozpoczęciem eksperymentu intensywnie gotuj wodę DI w komorze wrzenia basenowego przez 30 min, używając grzałki pomocniczej.</li>
	<li>Utrzymuj wodę DI w stanie wrzenia nasyconego za pomocą grzałki pomocniczej. Następnie włącz zasilacz i podaj prąd początkowy o natężeniu 0,1 A.</li>
	<li>Odczekaj 2 min w celu osiągnięcia stanu ustalonego. Następnie zwiększaj natężenie prądu w krokach o 0,3 A.</li>
	<li>Rejestruj temperaturę dla każdego poziomu mocy wejściowej za pomocą rejestratora danych. Kontynuuj eksperyment, aż do osiągnięcia maksymalnego natężenia prądu 4 A. Jednocześnie rejestruj dynamikę pęcherzyków dla każdej mocy wejściowej za pomocą kamery CCD umieszczonej przed komorą wrzenia basenowego i skierowanej na próbkę testową.</li>
</ol>
<img alt="Schemat komory wrzenia z nukleacją; miedziany cylinder pusty w środku, rurki szklane; układ eksperymentu termicznego." src="/files/ftp_upload/55387/55387fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 2"> 
Rysunek 2. Schemat komory wrzenia z zapasem cieczy. Szklane rurki są połączone z obiema stronami pustego w środku miedzianego cylindra za pomocą pasty silikonowej. Jest on przymocowany do komory wrzenia pęcherzykowego za pomocą pasty silikonowej. <a href="http://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55387/55387fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat równowagi statycznej z kątem 2,5°, siły czerwone/zielone, ruch po okręgu, studium z fizyki." src="/files/ftp_upload/55387/55387fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3. Pozycjonowanie termopary. Osiem termopar umieszczono w otworach o średnicy 1 mm, rozmieszczonych obwodowo w próbce badawczej na średnicy 20 mm. Głębokości naprzemiennych otworów o średnicy 1 mm ustalono odpowiednio na 5 mm i 7 mm. <a href="http://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55387/55387fig3large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.</a>
3. Redukcja danych
<ol>
	<li>Oblicz doprowadzone ciepło (Q), korzystając z następującego równania19 
	Q = IV     (1) 
	UWAGA: Ja i V odpowiednio prąd wejściowy w amperach oraz napięcie w woltach.</li>
	<li>Oszacuj stratę ciepła (Qstrata) z dwóch powierzchni bocznych, korzystając ze wzoru19: 
	<img alt="Równanie przewodności cieplnej do obliczania strat ciepła; wzór Q_loss=2k(T7mm-T5mm)/Δx×Ac." src="/files/ftp_upload/55387/55387eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 2">     (2) 
	UWAGA: k to przewodność cieplna miedzi; T7 mm oraz T5 mm są to średnie wartości temperatury odpowiednio na głębokościach 7 mm i 5 mm; Δx (2 mm) to różnica między głębokościami; a 
	<img alt="Wzór na pole przekroju poprzecznego, Ac=π/4(do²-di²), wyrażenie matematyczne, obliczenia inżynieryjne." src="/files/ftp_upload/55387/55387eq2b.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 2B"> jest powierzchnią przekroju poprzecznego próbki.</li>
	<li>Wyznacz strumień ciepła (q'') korzystając z następującego wzoru19: 
	<img alt="Równanie strumienia ciepła q&#x27;&#x27; = (Q−Qloss)/A; wzór do analizy wymiany ciepła." src="/files/ftp_upload/55387/55387eq3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 3">     (3) 
	UWAGA: A = πdoL jest powierzchnią obwodową próbki.</li>
	<li>Oblicz przesycenie ściany (stosując następujące równanie19: 
	<img alt="Wzór na równowagę termiczną ΔTw=Tm-[(Q-Qloss)/(2πLk)]ln(ro/rm)-Tsat; obliczenia naukowe." src="/files/ftp_upload/55387/55387eq4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 4">     (4) 
	UWAGA: Tm jest średnią z T7 mm oraz T5 mm, jest długością próbki, ro promień zewnętrzny próbki, r (12,5 mm)m (10 mm) promień próbki w miejscach otworów pomiarowych oraz Tsat temperatura nasycenia wody dejonizowanej (DI), jak pokazano w Rysunek 4.</li>
	<li>Oblicz współczynnik przekazywania ciepła (α), korzystając z następującego wzoru19: 
	<img alt="Równanie właściwości termicznych α=q&#x27;&#x27;/ΔTw; analiza strumienia ciepła i gradientu temperatury." src="/files/ftp_upload/55387/55387eq5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 5">     (5)</li>
</ol>
<img alt="Wykres oporu cieplnego, Rcylinder=ln(To/Tm)/2πkL, wymiana ciepła w systemie rur cylindrycznych." src="/files/ftp_upload/55387/55387fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4. Schemat analizy temperatury ścianek. Temperaturę ścianki oblicza się, wykorzystując zmierzoną średnią temperaturę oraz znany cylindryczny opór cieplny. <a href="http://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55387/55387fig4large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

<ol><li>Putsch, G. Thermal challenges in the next generation of supercomputers. Proc. CoolCon MEECC Conference. , 1-83 (2005).</li>
<li>Phan, H. T., Caney, N., Marty, P., Colasson, S., Gavillet, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931009003986">Surface wettability control by nanocoating: The effect on pool boiling heat transfer and nucleation mechanism.</a> Int. J. Heat and Mass Transfer. 52, 5459-5471 (2009).</li>
<li>Barber, J., Brutin, D., Tadrist, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+boiling+heat+transfer+enhancement+with+nanofluids%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale+Res.+Lett%22%5BJournal%5D)">A review on boiling heat transfer enhancement with nanofluids.</a> Nanoscale Res. Lett. 6 (1), 280(2011).</li>
<li>Kim, S. J., Bang, I. C., Buongiorno, J., Hu, L. W. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2360892">Effects of nanoparticle deposition on surface wettability influencing boiling heat transfer in nanofluids.</a> Appl. Phys. Lett. 89, 153107(2006).</li>
<li>Berenson, P. J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0017931062900790">Experiments on pool-boiling heat transfer.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 5 (10), 985-999 (1962).</li>
<li>You, S. M., Simon, T. W., Bar-Cohen, A. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/180048/">A technique for enhancing boiling heat transfer with application to cooling of electronic equipment.</a> IEEE Trans. Compon. Hybrids Manuf. Tech. 15 (5), 823-831 (1992).</li>
<li>Li, C., Peterson, G. P. <a target="_blank" href="http://heattransfer.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1448929">Parametric study of pool boiling on horizontal highly conductive microporous coated surfaces.</a> J. Heat Transfer. 129 (11), 1465-1475 (2007).</li>
<li>Trisaksri, V., Wongwises, S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032105000444">Critical review of heat transfer characteristics of nanofluids.</a> Renew. Sust. Energy Rev. 11 (3), 512-523 (2007).</li>
<li>Trisaksri, V., Wongwises, S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931008004833">Nucleate Pool Boiling Heat Transfer of TiO2-R141b nanofluids.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 52 (5-6), 1582-1588 (2009).</li>
<li>Suriyawong, A., Wongwises, S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0894177710000579">Nucleate pool boiling heat transfer characteristics of TiO2- water nanofluids at very low concentrations.</a> Exp. Therm. Fluid Sci. 34 (8), 992-999 (2010).</li>
<li>Suriyawong, A., Dalkilic, A. S., Wongwises, S. <a target="_blank" href="https://www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104409.htm">Nucleate Pool Boiling Heat Transfer Correlation for TiO2-Water Nanofluids.</a> J. ASTM Int. 9 (5), 1-12 (2012).</li>
<li>Sarangi, S., Weibel, J. A., Garimella, S. V. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001793101400845X">Effect of particle size on surface-coating enhancement of pool boiling heat transfer.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 81, 103-113 (2015).</li>
<li>Kumar, C. S. S., Suresh, S., Kumar, M. C. S., Gopi, V. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0894177715002514">Effect of surfactant addition on hydrophilicity of ZnO-Al2O3 composite and enhancement of flow boiling heat transfer.</a> Exp. Therm. Fluid Sci. 70, 325-334 (2016).</li>
<li>Takata, Y., Hidaka, S., Uraguchi, T. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01457630600793962">Boiling feature on a super water-repellent surface.</a> Heat Transfer Eng. 27 (8), 25-30 (2006).</li>
<li>Takata, Y., Hidaka, S., Masuda, M., Ito, T. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/er.861/abstract">Pool boiling on a super hydrophilic surface.</a> Int. J. Energy Res. 27 (2), 111-119 (2003).</li>
<li>Takata, Y., Hidaka, S., Kohno, M. Enhanced nucleate boiling by super hydrophobic coating with checkered and spotted patterns. International Conference on Boiling Heat Transfer. , Spoleto. (2006).</li>
<li>Hsu, C. C., Chiu, W. C., Kuo, L. S., Chen, P. H. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4897953">Reversed boiling curve phenomenon on surfaces with interlaced wettability.</a> AIP Advances. 4, 107110(2014).</li>
<li>Jo, H., Ahn, H. S., Kang, S. H., Kim, M. H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931011003231">A study of nucleate boiling heat transfer on hydrophilic, hydrophobic and heterogeneous wetting surface.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 54 (25-26), 5643-5652 (2011).</li>
<li>Mehta, J. S., Kandlikar, S. G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931013003074">Pool boiling heat transfer enhancement over cylindrical tubes with water at atmospheric pressure, Part I: Experimental results for circumferential rectangular open microchannels.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 64, 1205-1215 (2013).</li>
<li>Cornwell, K., Houston, S. D. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0017931094900310">Nucleate Pool Boiling on Horizontal Tubes - a Convection-Based Correlation.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 37, Suppl 1. 303-309 (1994).</li>
<li>Holman, J. P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHolman%2C+JP+%22Experimental+Methods+for+Engineers%22">Experimental Methods for Engineers</a>. , 7th ed, Tata McGraw Hill Education Private Limited. (2007).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Głównym celem tego badania było opracowanie basenowego radiatora wrzącego do zastosowań o wysokim rozpraszaniu ciepła, takich jak reaktory jądrowe, kotły i rury cieplne, poprzez wprowadzenie hybrydowej powierzchni zwilżalnej, jak opisano w sekcji protokołu. Powierzchnie te mogą zapewniać lepszą wydajność wrzenia w basenie niż jednorodne powierzchnie zwilżalne (hydrofilowe i hydrofobowe). Poprawa wydajności wymiany ciepła podczas wrzenia wynika ze wzrostu liczby aktywnych miejsc zarodkowania i łatwego odrywania powstałych...

System podtrzymujący strumień ciepła o wysokim strumieniu ciepła, zapewniający chłodzenie w zakresie 10-105 W/cm2 jest wymagany w rozwijających się dziedzinach elektroniki, obrony, awioniki i rozwoju urządzeń jądrowych. Konwencjonalne chłodzenie powietrzem jest niewystarczające do tych zastosowań ze względu na niski współczynnik przenikania ciepła (HTC) zarówno w warunkach konwekcji swobodnej, jak i wymuszonej. Techniki chłodzenia oparte na przemianie fazy, takie jak gotowanie w basenie i gotowanie przepływowe, są wystarczająco dobre, aby usunąć wysokie strumienie ciepła rzędu 10 - 1,000 W/cm2 1. Ponieważ dwufazowy proces wymiany ciepła jest izotermiczny, temperatura chłodzonego urządzenia jest prawie stała na jego powierzchni. Ze względu na znikomą zmienność temperatury wzdłuż powierzchni można wyeliminować szok termiczny urządzenia. Jednak głównym parametrem ograniczającym wymianę ciepła we wrzeniu jest krytyczny strumień ciepła (CHF), który powoduje nieprawidłowy wzrost temperatury2.
W ciągu ostatnich kilku dekad przeprowadzono szeroko zakrojone badania mające na celu ulepszenie CHF za pomocą modyfikacji powierzchni, nanofluidów i powłok powierzchniowych3,4,5,6,7,8,9,10,11. Spośród różnych metod, powłoki powierzchniowe są uważane za najlepszą metodę poprawy CHF ze względu na znaczny wzrost powierzchni. Powłoki powierzchniowe zazwyczaj zwiększają wymianę ciepła poprzez działanie żeber, efekty porowatości i zwilżalność powierzchni12. Zwilżalność powierzchni odgrywa znaczącą rolę w wymianie ciepła podczas gotowania. Wcześniejsze badania pokazują, że w warunkach niższego strumienia ciepła hydrofobowa powierzchnia wykazuje lepsze HTC ze względu na wczesne zarodkowanie. Jednak przy wyższym strumieniu ciepła odklejanie się powstałych pęcherzyków jest powolne ze względu na niskie powinowactwo wody do powierzchni. Prowadzi to do koalescencji pęcherzyków i skutkuje niższym CHF3. Z drugiej strony, powierzchnia hydrofilowa wytwarza wyższy CHF, ze względu na szybkie odrywanie się utworzonych pęcherzyków, ale daje niższy HTC przy niskich strumieniach ciepła, ze względu na opóźnienie zarodkowania pęcherzyków13.
Struktury hybrydowe wykazują niezwykłą poprawę wymiany ciepła we wrzeniu dla wszystkich strumieni ciepła dzięki połączonemu efektowi hydrofobowości i hydrofilowości14,15,16. Hsu i in. wytworzyli niejednorodną powierzchnię zwilżalną, pokrywając superhydrofilowe nanocząstki Si na zamaskowanej powierzchni miedzi. Udało im się osiągnąć różne współczynniki zwilżalności poprzez zróżnicowanie czasu powlekania. Początek wrzenia nastąpił wcześniej na powierzchniach niejednorodnych w porównaniu z powierzchnią jednorodną, co znacznie zmniejszyło przegrzanie ściany17. Jo i in. przeprowadzili badania wymiany ciepła w wrzeniu nukleinowym na hydrofilowych, hydrofobowych i niejednorodnych powierzchniach zwilżających. Niejednorodna powierzchnia zwilżająca składała się z hydrofobowych wzorzystych kropek na powierzchni hydrofilowej. Uzyskali wyższe HTC i ten sam CHF dla powierzchni heterogenicznej w porównaniu z powierzchnią hydrofilową. Poprawa wymiany ciepła podczas wrzenia zależy bezpośrednio od liczby punktów na powierzchni i od warunków wrzenia18.
W tym badaniu, osiowe hybrydowe wzory zwilżalne zostały wytworzone na cylindrycznej powierzchni miedzi przy użyciu techniki powlekania zanurzeniowego. Przeprowadzono badania wymiany ciepła we wrzeniu basenowym w celu określenia wpływu liczby linii międzyliniowych i orientacji hybrydowego wzoru zwilżalnego. Przeanalizowano strumień wrzącego ciepła, HTC i dynamikę pęcherzyków dla wszystkich powlekanych podłoży i porównano je z podłożem miedzianym.

<table><tbody><tr>Woda <td></td><td></td><td></td><td>dejonizowana</td></tr><tr><td>Nanoproszek krzemionki, 40 nm</td><td>UniRegion Bio-Tech</td><td>60676860</td><td></td></tr><tr><td>Etanol</td><td>ECHO Chemical co. Ltd</td><td>64175</td><td></td></tr><tr><td>Kwas solny</td><td>SHOWA Chemical co. Ltd.</td><td></td><td></td>7647010</tr><tr><td>Tetraetoksysilan</td><td>SHOWA Chemical co., Ltd.</td><td>78104</td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>UNI-ONWARD CORP.</td><td>67641</td><td></td></tr><tr><td>Grzałka kasetowa</td><td>Grzałka Chung Shun & Instrument Co, Sp. z o.o.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Szkło pyrexowe&nbsp;</td><td>Serwis szyb samochodowych, Tajwan</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zwykłe szkło hartowane</td><td>Serwis szkła samochodowego, Tajwan</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pasta termiczna</td><td>Electrolube</td><td>EG-30&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Taśma izolacyjna</td><td>Chuan Chi Trading Co., Ltd</td><td>Taśma kaptonowa Papier</td><td></td></tr><tr><td>ścierny</td><td>Chuan Chi Trading Co. Ltd</td><td>#2000</td><td></td></tr><tr><td>Piec grzewczy</td><td>Chung Chuan</td><td>Hong Sen HS-101</td><td></td></tr><tr><td>Wagi elektroniczne</td><td>A& D co. Ltd</td><td>GX400</td><td></td></tr><tr><td>Myjka ultradźwiękowa</td><td>Bransonic Bransonic</td><td>3510</td><td></td></tr><tr><td>Mieszadło magnetyczne</td><td>Żółta linia</td><td>MST D S1</td><td></td></tr><tr><td>Rejestrator danych&nbsp;</td><td>Kamera CCD Yokogawa</td><td>MX-100</td><td></td></tr><tr><td></td><td>JVC</td><td>LY35862-001A Pasta silikonowa</td> Permatex 599BR Zasilacz Gwinstek GPR-20H50D Taśma <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td> teflonowa&nbsp;<td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Chuan Chi Trading Co., Ltd</td><td>CS170000</td><td></td></tr><tr><td>Goniometr kąta zwilżania</td><td>Sindatek</td><td>Model 100SB</td><td></td></tr><tr><td>Nagrzewnica pomocnicza</td><td>Chuan Chi Trading Co., Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Termopary typu T</td><td>Chuan Chi Trading Co. Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Skraplacz refluksowy&nbsp;</td><td>Chuan Chi Trading Co., Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Włókno szklane</td><td>Profesjonalne tworzywa sztuczne, Tajwan</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

poprawa wymiany ciepła we wrzeniu w basenie na powierzchniach cylindrycznych dzięki hybrydowym wzorom zwilżalnym

Pool-Boiling Heat-Transfer Enhancement on Cylindrical Surfaces with Hybrid Wettable Patterns

W tym badaniu, przeprowadzono eksperymenty z wymianą ciepła w basenie, aby zbadać wpływ liczby linii międzyliniowych i orientacji hybrydowego wzoru stołu zwilżalnego. Hybrydowe wzory zwilżalne uzyskano poprzez powlekanie superhydrofilowego SiO2 na zamaskowanej, hydrofobowej, cylindrycznej powierzchni miedzi. Wykorzystując wodę dejonizowaną (DI) jako płyn roboczy, przeprowadzono badania wymiany ciepła we wrzeniu basenowym na różnych miedzianych cylindrach poddanych obróbce powierzchniowej o średnicy 25 mm i długości 40 mm. Wyniki eksperymentów wykazały, że liczba linii międzyliniowych i orientacja hybrydowego wzoru zwilżalnego miały wpływ na przegrzanie ściany i HTC. Zwiększając liczbę interlinii, HTC został ulepszony w porównaniu z powierzchnią zwykłą. Obrazy uzyskane z kamery CCD (Charge-coupled Device) wskazują, że na interliniach tworzy się więcej pęcherzyków w porównaniu z innymi częściami. Hybrydowy wzór zwilżalny, w którym najniższa sekcja jest hydrofobowa, dał najlepszy współczynnik przenikania ciepła (HTC). Wyniki eksperymentów wskazują, że dynamika pęcherzyków na powierzchni jest ważnym czynnikiem decydującym o wrzeniu jądrów.

Doświadczenia z wymiany ciepła w procesie wrzenia z zapasów przeprowadzono na hybrydowej zwilżalnej powierzchni cylindrycznej, wykorzystując układ doświadczalny, którego schemat przedstawiono na Rysunku 5. Procedura doświadczalna wrzenia z zapasów, opisana w kroku 2 sekcji protokołu, została pomyślnie zrealizowana podczas badania wpływu liczby linii międzywydzieleniowych oraz orientacji hybrydowego wzoru zwilżalności na efektywność wrzenia z zapasów. Efektywność wrzenia z...

Eksperymenty z wymianą ciepła w basenie zostały przeprowadzone, aby zaobserwować wpływ hybrydowych wzorców zwilżalnych stołów na współczynnik wymiany ciepła (HTC). Parametrami badania są liczba interlinii oraz orientacja wzoru zmodyfikowanej powierzchni zwilżalnej.

Poprawa wymiany ciepła we wrzeniu w basenie na powierzchniach cylindrycznych dzięki hybrydowym wzorom zwilżalnym

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the ...

Ogólnym celem niniejszego eksperymentu jest zbadanie wpływu liczby i orientacji osiowych wzorów zwilżalnych na wymianę ciepła podczas wrzenia w objętości. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu wymiany ciepła podczas wrzenia w objętości, takie jak wpływ zmienności hybrydowej na współczynnik wymiany ciepła podczas wrzenia oraz dynamikę pęcherzyków. Główną zaletą tej techniki jest możliwość dokładnego pomiaru współczynnika wymiany ciepła podczas wrzenia w objętości oraz dynamiki pęcherzyków na hybrydowej powierzchni zwilżalnej.Na początek należy ręcznie wypolerować pusty w środku miedziany cylinder przez 15 minut, używając papieru ściernego o gradacji 2 000. Oczyść wypolerowaną powierzchnię, płucząc ją acetonem, a następnie wodą dejonizowaną. Umieść wypolerowaną próbkę w piecu na dwie godziny w stałej temperaturze 120 °C.Aby przygotować superhydrofilowy roztwór nanocząsteczek dwutlenku krzemu, najpierw przygotuj roztwór A, mieszając tetraetoksysilan i wodę dejonizowaną. Następnie dodaj dwie krople 37% stężonego HCl do roztworu A i mieszaj przez dwie godziny. W kolejnym kroku przygotuj roztwór B, mieszając etanol i wodę dejonizowaną.Następnie zmieszać 1 ml roztworu A i 80 ml roztworu B i mieszać przez dwie godziny. Do przygotowanego roztworu dodać 32 g nanocząsteczek dwutlenku krzemu i mieszać przez jedną godzinę przed zanurzeniem próbki, zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Następnie przygotować dwa przeplatające się wzory hybrydowe o różnych orientacjach wzdłuż kierunku osiowego próbki, maskując obszar, który nie ma zostać pokryty, za pomocą taśmy izolacyjnej zgodnie z wymaganą liczbą linii przeplatających o odpowiedniej orientacji.W przypadku dwóch powierzchni z liniami przerywanymi w orientacji 0 stopni, należy dostosować linie przerywane w centrum oraz obszar superhydrofilowy na górnej stronie. I odwrotnie, dla orientacji 180 stopni, należy dostosować obszar superhydrofilowy na dole oraz linie przerywane w centrum. W podobny sposób należy dostosować położenie czterech i ośmiu powierzchni z liniami przerywanymi o różnych orientacjach.Następnie zanurz zamaskowaną próbkę w przygotowanym roztworze, korzystając z aparatury do powlekania metodą dip-coating, stosując wysoką prędkość zanurzania i powolną prędkość wyciągania wynoszącą 5 mm/min. Próbkę z powłoką umieść w piecu w temperaturze 120 °C na jedną godzinę. Na koniec usuń taśmę izolacyjną z zamaskowanego obszaru, aby uzyskać wymaganą liczbę linii przerywanych o odpowiedniej orientacji.Za pomocą taśmy izolacyjnej przymocuj jedną szklaną rurkę do każdej okrągłej podstawy powleczonej próbki. Przymocuj poziomo ten zespół do komory, używając pasty silikonowej, zgodnie z wymaganym położeniem linii międzyśrodkowych. W otwór próbki włóż grzałkę patronową, nakładając cienką warstwę pasty termoprzewodzącej na obszar obwodowy.Podłącz grzałkę wkładową do zasilacza prądu stałego. Umieść termopary typu T w ośmiu równomiernie rozmieszczonych otworach o średnicy 1 mm, na naprzemiennych głębokościach 5 mm i 7 mm. Następnie podłącz je do rejestratora danych.Wstaw i zamocuj detektory temperatury rezystancyjne, chłodnicę zwrotną oraz grzałkę pomocniczą w odpowiednich miejscach na górnej pokrywie. Zamocuj je nad komorą wrzenia. Następnie wlej 1,4 litra wody dejonizowanej do komory wrzenia.Podłącz chłodnicę zwrotną do komory chłodzącej utrzymywanej w temperaturze 5 °C. Przed rozpoczęciem eksperymentu energicznie gotuj wodę dejonizowaną w komorze wrzenia pęcherzykowego przez 30 minut, używając grzałki pomocniczej. Utrzymuj wodę dejonizowaną w stanie wrzenia nasyconego za pomocą grzałki pomocniczej.Następnie włącz zasilacz i podaj początkowy prąd o natężeniu 0,1 amps. W tym czasie rejestruj dynamikę pęcherzyków dla każdego poziomu mocy, używając kamery CCD umieszczonej przed komorą wrzenia w kąpieli i ustawionej na próbce. Po odczekaniu dwóch minut do osiągnięcia stanu ustalonego, zwiększaj natężenie prądu w przyrostach o 0,3 amps.Zapisz temperaturę dla każdego poziomu mocy wejściowej, korzystając z rejestratora danych. Kontynuuj eksperyment aż do osiągnięcia maksymalnego natężenia prądu wynoszącego 4 A. Na koniec przeprowadź obróbkę danych zgodnie z opisem w protokole tekstowym.Przedstawiono tutaj charakterystyki wrzenia z zapasem dla gładkiej powierzchni miedzianej, powierzchni w pełni superhydrofilowej oraz powierzchni hybrydowych z różną liczbą linii przerywanych w orientacji zero stopni. Pokazano wpływ różnych powierzchni na krzywe wrzenia z zapasem, a także zmianę współczynnika przekazywania ciepła (HTC) w funkcji strumienia ciepła. Powierzchnie z ośmioma liniami przerywanymi wykazują lepszy HTC w porównaniu z innymi powierzchniami dla określonego strumienia ciepła, natomiast powierzchnie z dwiema i czterema liniami przerywanymi mają niemal identyczny HTC.Przedstawiono wpływ orientacji na krzywe wrzenia z zapasami dla dwóch hybrydowych powierzchni z przerwami, czterech hybrydowych powierzchni z przerwami oraz ośmiu hybrydowych powierzchni z przerwami. Przesunięcie krzywych wrzenia z zapasami w lewo uzyskano dla powierzchni z dwiema przerwami przy zerze stopni, dla powierzchni z czterema przerwami przy 90 stopniach oraz dla powierzchni z ośmioma przerwami przy 45 stopniach. Przedstawiono również wpływ orientacji na współczynnik przekazywania ciepła dla dwóch hybrydowych powierzchni z przerwami, czterech hybrydowych powierzchni z przerwami oraz ośmiu hybrydowych powierzchni z przerwami.Najwyższe wartości HTC zaobserwowano dla powierzchni z dwiema liniami przerywanymi w kącie 0 stopni, czterema liniami przerywanymi w kącie 90 stopni oraz ośmioma liniami przerywanymi w kącie 45 stopni. Po opanowaniu tej techniki można ją stosować na różne sposoby, pod warunkiem jej prawidłowego wykonania. W celu nauki tej procedury można przeprowadzić analizę współczynnika przejmowania ciepła podczas wrzenia w objętości oraz dynamikę pęcherzyków, aby zbadać wpływ zmienności hybrydowej na proces wrzenia w objętości.Należy pamiętać, że praca z nanocząsteczkami i odczynikami chemicznymi może być niebezpieczna, dlatego podczas wykonywania tej procedury należy zawsze przestrzegać środków ostrożności, takich jak noszenie rękawiczek i masek.

pool-boiling-heat-transfer-enhancement-on-cylindrical-surfaces-with

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opisano dwa eksperymentalne urządzenia do badania uderzenia strumienia cieczy w poruszającą się powierzchnię o dużej prędkości: urządzenie z armatą powietrzną i urządzenie z wirującym dyskiem. Aparatura służy do określania optymalnych podejść do stosowania płynnego modyfikatora tarcia (LFM) na torach kolejowych w celu kontroli tarcia na szczycie szyny.

Wizualizacja zaparcia strumienia cieczy o dużej prędkości na ruchomej powierzchni

Tutaj prezentujemy protokół, który demonstruje powstawanie lodu, gdy woda jest wprowadzana do zimnej kąpieli solanki, jako wtórny czynnik chłodniczy, w zakresie temperatur znacznie poniżej temperatury zamarzania wody. Może być stosowany jako alternatywny sposób produkcji lodu dla przemysłu.

Wytwarzanie lodu a zjawiska wymiany ciepła i masy spowodowane wprowadzaniem wody do zimnej kąpieli solankowej

Ten manuskrypt opisuje metody mające na celu pomiar lokalnych współczynników chwilowej konwekcyjnej wymiany ciepła w jednofazowym lub dwufazowym przepływie rurowym. Przedstawiono również prostą metodę optyczną służącą do wyznaczania długości i prędkości rozchodzenia się wydłużonego (Taylora) pęcherzyka powietrza poruszającego się ze stałą prędkością.

Pomiary lokalnej chwilowej konwekcyjnej wymiany ciepła w rurze - przepływ jednofazowy i dwufazowy

Tutaj prezentujemy eksperymentalną metodę rozdzielania współzależnej siły Coriolisa i wyporu obrotowego na rozkłady wymiany ciepła w pełnym polu obracającego się kanału.

Rozprzęganie wpływu siły Coriolisa i wirującego wyporu na właściwości wymiany ciepła w pełnym polu obracającego się kanału

Prosty protokół jest dostępny do wytwarzania struktur hemiwickich o różnych rozmiarach, kształtach i materiałach. Protokół wykorzystuje kombinację fizycznego tłoczenia, formowania PDMS i cienkowarstwowych modyfikacji powierzchni za pomocą popularnych technik osadzania materiałów.

Skalowalne drukowanie pieczątek i produkcja powierzchni hemiwickingowych

Ten artykuł opisuje, jak można stworzyć trzy różne reżimy wirów wodnych w hiperbolicznym lejku Schaubergera, ich najważniejsze cechy oraz jak można obliczyć powiązane parametry, takie jak szybkość transferu tlenu.

Przygotowanie hiperbolicznych wirów wodnych o swobodnej powierzchni

Przedstawiamy metodę nanoszenia trwałych oznaczeń i wzorów na powierzchnie silikonowe poprzez przyleganie drobnych cząstek do powierzchni. Oznaczenia mogą być albo rozpoznawalnym wzorem, albo losowym wzorem plamek, takim jak te używane w cyfrowej korelacji obrazów.

Nakładanie trwałych, solidnych szablonowych wzorów drobnych cząstek na powierzchnie elastomerowe

Protokół ten przedstawia metodę indukowaną światłem do wytwarzania śliskich, trójwymiarowych struktur poprzez sekwencyjne cyfrowe wzorowanie i szczepienie na nanoporowatych powierzchniach pokrytych silanem. To podejście umożliwia kontrolowane przestrzennie tworzenie śliskich obszarów, umożliwiając wzorzystą odstraszaczność cieczy oraz ilościową analizę śliskości między warstwami, z zastosowaniami w manipulacji płynami i inżynierii powierzchni.

Wzorowanie i szczepienie światłem dla śliskich powierzchni na podstawie nanoporowatych struktur powlekanych silanem

Opracowano metodę litografii mikroperforacyjnej w celu wytwarzania wzorów mikro- i submikronowych na powierzchniach górnych, bocznych i dolnych podłoży polimerowych. Pozwala ona pokonać trudności związane z nanoszeniem wzorów na polimery przewodzące oraz tworzeniem wzorów na ściankach bocznych. Metoda ta umożliwia szybkie wytwarzanie wielu elementów i nie wymaga zastosowania agresywnych odczynników chemicznych.

Litografia mikropunczowania w celu generowania wzorów mikro- i submikronowych na podłożach polimerowych

Prezentujemy unikalną platformę do charakteryzowania powierzchni elektrod w ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC), która umożliwia jednoczesne wykonywanie wielu technik charakteryzacji (np. spektroskopia Ramana in situ i mikroskopia z sondą skaningową wraz z pomiarami elektrochemicznymi). Uzupełniające informacje uzyskane dzięki tym analizom mogą pomóc w lepszym zrozumieniu mechanizmów reakcji i degradacji elektrod, dostarczając informacji na temat racjonalnego projektowania lepszych...

Sondowanie i mapowanie powierzchni elektrod w ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem

Poznaj metodę poprawy wymiany ciepła we wrzeniu w basenie przy użyciu hybrydowych wzorów zwilżalnych na powierzchniach cylindrycznych. Technika ta umożliwia precyzyjne pomiary współczynnika przewodzenia ciepła i dynamiki bąbelków.

Poprawa wymiany ciepła we wrzeniu w basenie na powierzchniach cylindrycznych dzięki hybrydowym wzorom zwilżalnym

Przeglądaj więcej filmów