Name: Enhancement Pool-ebulição de transferência de calor em cilíndricos Superfícies com padrões molháveis híbridos (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 32 s
Description: Descubra como padrões molháveis híbridos em cilindros de cobre afetam a transferência de calor em ebulição e a dinâmica de bolhas. Este método mede com precisão o coeficiente de transferência térmica.

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Os autores agradecem o apoio financeiro do Ministério da Ciência e Tecnologia, MOST (números do projeto: 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 e MOST 102-2221-E-002 -088 -MY3).

1. Preparação das superfícies modificadas <ol><li> Polir manualmente a peça de teste (cilindro oco de cobre com um comprimento de 40 mm (l), um diâmetro exterior de 25 mm (d o), e um diâmetro interno de 18 mm (d i)) durante 15 min, utilizando um # 2000 esmeril papel. Limpar a superfície polida, enxaguando-se com acetona seguida de água DI. </li><li> Colocar a peça de teste polido numa estufa durante 2 h a uma temperatura constante de 120 ° C. </li><li> Prepara-se uma solução super-hidróf ila nanopartícula SiO2 usando os seguintes passos. <ol><li> Preparar a solução A por mistura de 1: 4 proporções molares de tetraetoxisilano e ua DI. Adicionar 2 gotas de HCl concentrado 37% à solução A e agitou-se durante 2 h. </li><li> Adicione a soluo B por mistura de uma razão de 1: 3 molar de etanol e de água Dl. </li><li> Misturar 1 ml de solução A a 80 ml de solução B e agita-se durante 2 h. </li><li> Adicionar 32 g de SiO 2 nanopartículas (diâmetro de 40 nm) para a solu preparadoção e mexa por 1 h. </li></ol></li><li> Mergulha-se o pedaço de teste na solução preparada por meio do aparelho de revestimento por imersão com uma velocidade de 5 mm / min. Manter a peça de teste revestidos num forno a 120 ° C durante 1 h. </li><li> Preparar 2, 4, 8 e padrões dos híbridos interlined com diferentes orientações ao longo da direcção axial (como mostrado na Figura 1), utilizando os seguintes passos. <ol><li> Mascarar a área a não ser revestidos usando a fita de isolamento de acordo com o número requerido de entrelinhas com a orientação correcta (para a superfície 2-interlinha em uma orientação de 0 °, ajustar Interlines no centro e a área de super-hidróf ila (área a ser revestida) sobre o lado de cima. por outro lado, para a orientação de 90 °, ajustar uma entrelinha na parte superior e outra na parte inferior e para a orientação de 180 °, ajustar a área de super-hidróf ila, na parte inferior e as entrelinhas no centro. do mesmo modo, ajustar o posição dos 4, 8 superfícies interlined com o diferente órientation como mostrado na Figura 1). </li><li> Mergulha-se o provete mascarado na solução preparada por meio de um aparelho de revestimento por imersão, mergulho a uma velocidade de imersão e de alta origem a uma velocidade lenta de 5 mm / min. Manter a peça de teste revestidos num forno a 120 ° C durante 1 h. </li><li> Remover a fita de isolamento a partir da área mascarada para se obter o número necessário de entrelinhas com a orientação correcta. </li></ol></li></ol><img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/55387/55387fig1.jpg" /> Figura 1. Selecção de várias superfícies interlined. (a) Esquema das várias superfícies interlined com orientações diferentes. A relação de uma superfície de cobre liso e uma superfície super-hidróf ila área é de 1: 1 em todas as condições. critérios de selecção (b) a orientação. (c) vista isométrica de dois interlinha superfície orientada a 0 ° ângulo. Orientação é seleccionado como o ângulo entre a linha de base e de revestimentoA linha central do primeiro padrão hidrófilo do lado de cima e que é medida numa direcção dos ponteiros do relógio. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55387/55387fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> 2. Procedimento Experimental <ol><li> Usando a fita isolante, fixar um tubo de vidro, em cada base circular da peça de ensaio revestido. </li><li> Horizontalmente fixar este conjunto para a câmara 140- 140- x x 160 mm (como se mostra na Figura 2) usando pasta de silicone de acordo com a posição requerida de entrelinhas. </li><li> Coloque um 550-W, 18 mm de diâmetro, e aquecedor de cartucho 40 mm de comprimento com uma película fina de pasta térmica na área circunferencial no orifício da peça de teste. </li><li> Ligar o aquecedor de cartucho para uma unidade de fonte de alimentação de corrente contínua (DC). </li><li> Lugar do tipo T termopares para os 8 furos de 1 mm igualmente espaçados, com profundidades alternados de 5 milímetros e 7 mm, como mostrado na figura3 Ligue-los para o registrador de dados. </li><li> Inserir e fixar detectores de temperatura de resistência (RTD), um condensador de refluxo, e um aquecedor auxiliar nos espaços proporcionados na tampa superior. Corrigi-los sobre a câmara de ebulição. </li><li> Encha 1400 mL de água Dl para dentro da câmara de ponto de ebulição piscina. </li><li> Ligar o condensador de refluxo a uma câmara de arrefecimento que é mantido a 5 ° C. </li><li> Antes do experimento, ferver vigorosamente a água desionizada na câmara de ponto de ebulição piscina durante 30 min utilizando o aquecedor auxiliar. </li><li> Manter a água Dl no estado de ebulição saturada usando o aquecedor auxiliar. Subsequentemente, ligar a fonte de alimentação e dar uma corrente inicial de 0,1 A. </li><li> Esperar durante 2 minutos, a fim de atingir um estado de equilíbrio. Em seguida, aumentar a corrente elétrica com incrementos de 0,3 A. </li><li> Registar a temperatura em cada entrada de energia usando o registador de dados. Continue a experiência até que uma corrente máxima de 4 A seja alcançado. Enquanto isso, registrar a bolha dinâmica f<html> ou cada entrada de energia utilizando uma câmara CCD colocado em frente da câmara de ebulição de piscina, que é focado sobre a peça de teste. </li></ol><img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/55387/55387fig2.jpg" /> Figura 2. Esquema da Câmara Pool-fervente. tubos de vidro são ligadas a ambos os lados do cilindro oco de cobre com pasta de silicone. Este é fixo na câmara de ponto de ebulição piscina com pasta de silicone. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55387/55387fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/55387/55387fig3.jpg" /> Figura 3. Termopar Posicionamento. 8 termopares são colocados no interior dos furos de 1 mm de diâmetro de modo circunferencial no lugar peça de ensaio com um diâmetro de 20 mm. As profundidades dos furos de 1 mm de diâmetro alternados são fixas a 5 mm e 7 mm, respectivamente./files/ftp_upload/55387/55387fig3large.jpg&quot; target = &#39;_ blank&#39;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. 3. Redução de Dados <ol><li> Calcular a entrada de calor (Q) usando a seguinte equação 19 Q = I V (1) NOTA: I e V são a corrente de entrada em amperes e a voltagem em volts, respectivamente. </li><li> Estimar a perda de calor (perda Q) a partir das duas superfícies laterais, usando a fórmula 19: <img alt="equação 2" src="/files/ftp_upload/55387/55387eq2.jpg" /> (2) NOTA: K é a condutividade térmica do cobre; T 7 mm e T 5 milímetros são os valores médios da temperatura a uma profundidade de 7 mm e 5 mm, respectivamente; ? X (2 mm) é a diferença entre as profundidades; e <img alt="equação 2B" src="/files/ftp_upload/55387/55387eq2b.jpg" /> é a área da secção transversal do teste p<html> IECE. </li><li> Determinar o fluxo de calor (q &#39;&#39;), usando a seguinte fórmula 19: <img alt="equação 3" src="/files/ftp_upload/55387/55387eq3.jpg" /> (3) NOTA: A = π d o L representa a área periférica da peça de teste. </li><li> Calcular o sobreaquecimento parede (usando a seguinte equação 19: <img alt="equação 4" src="/files/ftp_upload/55387/55387eq4.jpg" /> (4) NOTA: Tm representa a média de T 7 mm e t 5 mm, o comprimento da peça de ensaio, r o (12,5 mm), o raio externo do corpo de prova, r m (10 mm), o raio do provete no medição de furos, e T é sentou a temperatura de saturação de água DI, como mostrado na Figura 4. </li><li> Calcular o HTC (α) com a seguinte fórmula 19: pload / 55387 / 55387eq5.jpg&quot;/&gt; (5) </li></ol><img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/55387/55387fig4.jpg" /> Figura 4. Esquema da Análise da temperatura da parede. temperatura da parede é calculada usando a temperatura média medida e conhecida resistência térmica cilíndrica. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55387/55387fig4large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

<ol><li>Putsch, G. Thermal challenges in the next generation of supercomputers. Proc. CoolCon MEECC Conference. , 1-83 (2005).</li>
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</ol>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

O principal objetivo desta investigação foi desenvolver um dissipador de calor de ebulição de piscina para aplicações de alta dissipação de calor, como reatores nucleares, caldeiras e tubos de calor, introduzindo a superfície molhável híbrida, conforme descrito na seção de protocolo. Essas superfícies podem produzir melhores desempenhos de fervura de piscina do que superfícies homogêneas molháveis (hidrofílicas e hidrofóbicas). A melhoria no desempenho de transferência de calor em ebulição deve-se a um aumento nos locais...

Um sistema de alta calor de fluxo-sustentada proporcionando arrefecimento na gama de 10-10 maio W / cm2 é necessária nos campos emergentes da electrónica, defesa, aviónica, e desenvolvimento de dispositivo nuclear. de arrefecimento convencional com ar é insuficiente para estas aplicações, devido ao coeficiente de transferência de calor baixo (HTC) para ambas as condições Free- e de convecção forçada. As técnicas de arrefecimento à base de mudança de fase, tais como piscina de ebulição e fluxo de ebulição, são suficientemente boas para remover fluxos de calor elevadas da ordem de 10 - 1000 W / cm 2 1. Uma vez que o processo de transferência de calor de duas fases é isotérmica, a temperatura do dispositivo arrefecida é quase constante ao longo da sua superfície. Devido à variação insignificante da temperatura ao longo da superfície, o choque térmico do dispositivo pode ser eliminado. No entanto, a principal limitação em ebulição parâmetro de transferência de calor é o fluxo crítico de calor (ICC), o que provoca um aumento anormal da temperatura dois </sup&gt;. Nas últimas décadas, uma extensa pesquisa foi realizada para melhorar a CHF usando modificação da superfície, nanofluidos, e revestimentos de superfície 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11. Entre os vários métodos, revestimentos de superfície são encontrados para ser o melhor método para melhorar a CHF devido ao aumento substancial na área de superfície. Os revestimentos superficiais geralmente aumentar a transferência de calor por acção da aleta, efeitos de porosidade, e molhabilidade da superfície 12. molhabilidade da superfície desempenha um papel significativo na fervura de transferência de calor. Estudos anteriores mostram que, em condições de calor de fluxo mais baixas, a superfície hidrofóbica mostra melhor HTC devido ao início de nucleação. No entanto, amaior fluxo de calor, o desprendimento das bolhas formadas é lento devido à baixa afinidade de água em direcção à superfície. Isto leva a bolha coalescência e resulta numa menor 3 CHF. Por outro lado, uma superfície hidrofílica produz um CHF mais elevado, por causa do rápido desprendimento das bolhas formadas, mas dá uma HTC inferior a fluxos de calor de baixo, devido ao atraso na bolha 13 de nucleação. As estruturas híbridas mostram uma melhoria notável em ebulição de transferência de calor para todos os fluxos de calor devido ao efeito combinado de hidrofobicidade e hidrofilicidade 14, 15, 16. Hsu et al. produzido superfície molhável heterogénea por revestimento super-hidróf ila Si nanopartículas sobre uma superfície de cobre mascarado. Conseguiram diferentes rácios de molhabilidade, variando o tempo de revestimento. O início da ebulição ocorreu mais cedo nas superfícies heterogéneos em comparação com o homogeneous superfície, o que reduziu substancialmente a parede 17 sobreaquecer. Jo et al. realizados estudos de transferência de calor de ebulição nucleada em superfícies de molhagem hidrofílicas, hidrofóbicas, e heterogéneas. A superfície molhante heterogénea foi composta por pontos estampados hidrofóbicas na superfície hidrofílica. Eles tem HTCs mais elevados e ao mesmo CHF para a superfície heterogénea, em comparação com a superfície hidrofílica. Uma melhoria na fervura de transferência de calor depende diretamente do número de pontos na superfície e sobre as condições de ebulição 18. Neste estudo, os padrões molháveis ​​híbridos axiais foram produzidas sobre uma superfície de cobre cilíndrica utilizando a técnica de revestimento por imersão. -Pool ebulição estudos de transferência de calor foram conduzidos para determinar os efeitos do número de entrelinhas e da orientação do padrão molhável híbrido. Ebulição do fluxo de calor, HTC, e dinâmicas de bolha foram analisadas para todos os substratos revestidos e nósre em comparação com o substrato de cobre.

<table><tbody><tr>Água <td></td><td></td><td></td><td>deionizada</td></tr><tr><td>Nanopowder de sílica, 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>Ácido clorídrico</td><td>SHOWA Chemical co. Ltd.</td><td></td><td></td>7647010</tr><tr><td>Tetraetoxissilano</td><td>SHOWA Chemical co. Ltd.</td><td>78104</td><td></td></tr><tr><td>Acetona</td><td>UNI-ONWARD CORP.</td><td>67641</td><td></td></tr><tr><td>Aquecedor de cartucho</td><td>Chung Shun Heater & Instrumento Co, Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vidro Pyrex&nbsp;</td><td>Serviço de vidro automotivo, Taiwan</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vidro temperado comum</td><td>Serviço de vidro automotivo, Taiwan</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pasta térmica</td><td>Electrolube</td><td>EG-30&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Fita de isolamento</td><td>Chuan Chi Trading Co. Ltd</td><td>Fita Kapton Lixa</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Chuan Chi Trading Co. Ltd</td> <td># 2000</td><td></td></tr><tr><td>Forno de aquecimento</td><td>Chung Chuan</td><td>Hong Sen HS-101</td><td></td></tr><tr><td>Balanças eletrônicas</td><td>A & D co. Ltd</td><td>GX400</td><td></td></tr><tr><td>Limpador ultrassônico</td><td>Bransonic Bransonic</td><td>3510</td><td></td></tr><tr><td>Agitador de ímã</td><td>Linha amarela</td><td>MST D S1</td><td></td></tr><tr><td>Registrador de dados&nbsp;</td>Câmera CCD <td>Yokogawa</td><td>MX-100</td><td></td></tr><tr><td></td><td>JVC</td><td>LY35862-001A</td><td></td></tr><tr><td>Pasta de Silicone</td><td>Permatex</td><td>599BR</td><td></td></tr><tr><td>Fonte de Alimentação</td><td>Gwinstek</td><td>GPR-20H50D</td><td></td></tr><tr><td>Fita de Teflon&nbsp;</td><td>Chuan Chi Trading Co. Ltd</td><td>CS170000</td><td></td></tr><tr><td>Goniômetro de Ângulo de Contato</td><td>Sindatek</td><td>Modelo 100SB</td><td></td></tr><tr><td>Aquecedor Auxiliar</td><td>Chuan Chi Trading Co. Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Termopares tipo T</td><td>Chuan Chi Trading Co. Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Condensador de Refluxo&nbsp;</td><td>Chuan Chi Trading Co. Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Plásticos profissionais de fibra de vidro</td><td>, Taiwan</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

enhancement pool-ebulição de transferência de calor em cilíndricos superfícies com padrões molháveis ​​híbridos

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

Neste estudo, experimentos de transferência de calor de fervura de piscina foram realizados para investigar o efeito do número de interlinhas e a orientação do padrão híbrido molhável. Padrões híbridos molháveis foram produzidos revestindo SiO2 super-hidrofílico em uma superfície de cobre cilíndrica hidrofóbica mascarada. Usando água desionizada (DI) como fluido de trabalho, estudos de transferência de calor de ebulição de piscina foram conduzidos nos diferentes cilindros de cobre tratados na superfície de 25 mm de diâmetro e 40 mm de comprimento. Os resultados experimentais mostraram que o número de entrelinhas e a orientação do padrão híbrido de mesa molhável influenciaram o superaquecimento da parede e o HTC. Ao aumentar o número de interlinhas, o HTC foi aprimorado quando comparado à superfície plana. Imagens obtidas da câmera do dispositivo de carga acoplada (CCD) indicaram que mais bolhas se formaram nas entrelinhas em comparação com outras peças. O padrão híbrido molhável com a seção mais baixa sendo hidrofóbica deu o melhor coeficiente de transferência de calor (HTC). Os resultados experimentais indicaram que a dinâmica de bolhas da superfície é um fator importante que determina a ebulição nucleada.

Experiências de transferência de calor de ponto de ebulição de piscina foram realizados sobre uma superfície cilíndrica molhável híbrido utilizando a disposição experimental cujo esquema está ilustrado na Figura 5. O procedimento experimental de ponto de ebulição piscina explicado no passo 2 da secção protocolo foi realizado com sucesso, para investigar o efeito do número de entrelinhas e da orientação do padrão molhável híbrido no desempenho de ponto de ebulição piscina...

experiências de transferência de calor em ebulição piscina foram realizados para observar os efeitos de padrões molháveis ​​híbridos sobre o coeficiente de transferência de calor (HTC). Os parâmetros de investigação são o número de entrelinhas e a orientação do padrão de superfície molhável modificado.

Enhancement Pool-ebulição de transferência de calor em cilíndricos Superfícies com padrões molháveis ​​híbridos

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

O objetivo geral deste experimento é investigar o efeito do número e da orientação de padrões molháveis axiais na transferência de calor em ebulição em piscina. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área de transferência de calor em ebulição em piscina, como o efeito da variabilidade híbrida no coeficiente de transferência de calor em ebulição e na dinâmica de bolhas. A principal vantagem desta técnica é que ela pode medir com precisão o coeficiente de transferência de calor em ebulição em piscina e a dinâmica de bolhas em superfícies molháveis híbridas.Para começar, polir manualmente um cilindro de cobre oco por 15 minutos utilizando papel abrasivo número 2, 000. Limpe a superfície polida enxaguando com acetona seguido de água desionizada. Coloque a peça de teste polida em uma estufa por duas horas a uma temperatura constante de 120 graus Celsius.Para preparar uma solução de nanopartículas de dióxido de silício superhidrofílica, prepare primeiro a solução A misturando silano tetraetóxido e água desionizada. Em seguida, adicione duas gotas de HCl concentrado a 37% à solução A e agite por duas horas. Depois, prepare a solução B misturando etanol e água desion

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Apresentamos um método para aplicar marcações e padrões permanentes em superfícies de silicone, aderindo partículas finas à superfície. As marcações podem ser um design reconhecível ou um padrão de manchas aleatórias, como as usadas na correlação de imagens digitais.

Aplicação de padrões de estêncil permanentes e robustos de partículas finas a superfícies elastoméricas

Este protocolo apresenta um método induzido por luz para a fabricação de estruturas tridimensionais escorregadias por meio de padronização digital sequencial e enxertia em superfícies nanoporosas revestidas com silano. Essa abordagem permite a formação espacialmente controlada de regiões escorregadias, permitindo a repelência líquida padronizada e a análise quantitativa do escorregadio interfacial, com aplicações em manipulação de fluidos e engenharia de superfície.

Padronização e enxertia induzida por luz para superfícies escorregadias com base em estruturas nanoporosas revestidas de silano

Uma abordagem litografia micropunching é desenvolvido para gerar micro e submicron-padrões na parte superior, lateral e superfícies inferiores de polímero substratos. Ela supera os obstáculos da padronização polímeros condutores e gerar padrões de paredes laterais. Este método permite a fabricação rápida de várias características e é livre de química agressiva.

Micropunching Litografia de Geração de Micro e submicrométricas-padrões sobre substratos poliméricos

Nós apresentamos uma plataforma única para a caracterização de superfícies de eletrodos em células a combustível de óxido sólido (PaCOS) que permite realização simultânea de várias técnicas de caracterização...

Sondagem e Mapeamento superfície do eletrodo em células a combustível de óxido sólido

Descubra como padrões molháveis híbridos em cilindros de cobre afetam a transferência de calor em ebulição e a dinâmica de bolhas. Este método mede com precisão o coeficiente de transferência térmica.

Enhancement Pool-ebulição de transferência de calor em cilíndricos Superfícies com padrões molháveis ​​híbridos

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