Summary
풀 비등 열전달 실험 열 전달 계수 (HTC)의 혼합 수화제 패턴의 영향을 관찰하기 위해 수행되었다. 조사의 매개 변수는 interlines 수 및 습윤 표면 개질의 패턴 방향이다.
Introduction
10-10을 5 W의 범위 인 냉각 제공 고열 플럭스 시스템 유지 / cm 2 전자 방위, 항공 및 핵 발전의 새로운 분야에서 요구된다. 종래의 냉각 공기로 인해 자유 - 강제 대류 조건 모두 낮은 열 전달 계수 (HTC) 이러한 애플리케이션에 충분하다. 1000 W / cm 2 - 1과 같은 풀비 같은 상 변화 계 냉각 기술은 끓는 흐름 (10)의 순서로 높은 열유속 제거에 충분하다. 2 상 열전달 과정이 등온 때문에, 냉각 장치의 온도는, 그 표면 위에 거의 일정하다. 인해 표면을 따른 온도의 변화를 무시할 수있는 장치의 열충격이 제거 될 수있다. 그러나, 열전달 끓는 주요 파라미터는 제한 온도에서 2 이상 상승을 일으키는 임계 열유속 (CHF)은 인
지난 수십 년간, 광범위한 연구가 표면 개질, 나노 유체, 및 표면 코팅 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11을 사용하여 CHF를 개선하기 위해 수행되었다. 여러 가지 방법 중에서, 표면 코팅으로 인해 표면적의 상당한 증가에 CHF을 개선하는 가장 좋은 방법으로 발견된다. 표면 코팅은 일반적으로 핀 작용 효과 다공성 및 표면 습윤성 (12)에 의한 열 전달을 증가시킨다. 표면의 젖음성은 열 전달 비등에 중요한 역할을한다. 이전의 연구는 낮은 열유속 조건에서, 소수성 표면으로 인해 초기 핵으로 더 HTC 표시되는지 보여준다. 그러나,에높은 열유속은, 형성된 기포의 분리로 인해 표면을 향해 물 낮은 친화력으로 느리다. 이 기포 합체 리드와 하부 CHF 3 초래한다. 한편, 친수성 표면으로 인해 형성된 기포의 고속 박리, 높은 CHF를 생성하지만 인해 기포 핵 (13)의 지연, 낮은 열 플럭스로 하부 HTC를 준다.
하이브리드 구조로 인해 소수성 및 친수성 (14), (15, 16)의 결합 효과에 대한 모든 열 플럭스 열전달 비등 현저한 향상을 보여준다. 슈는 등. 초 친수성 실리콘 코팅하여 제조 된 이종 습윤 표면을 마스크 표면에 구리 나노 입자. 그들은 코팅 시간을 변경하여 다른 젖음성 비율을 달성했다. 비등 개시는 H에 비해 불균일 표면에 발생 이전실질적으로 감소 omogeneous 벽 표면 (17)을 과열. 조 등. 친수성, 소수성, 이종 습윤면에 핵 비등 열전달 연구를 수행 하였다. 균질 습윤 표면은 친수성 표면 소수성 도트 패턴으로 구성 하였다. 그들은 높은 HTCs 및 친수성 표면에 비해 이종의 표면 같은 CHF를 얻었다. 열전달 비등 향상 직접 표면 및 끓는 조건에 따라 18 점의 개수에 의존한다.
본 연구에서는 축 하이브리드 습윤성 패턴은 딥 코팅 기술을 이용하여 원통형의 구리 표면 상에 제작 하였다. 풀 비등 열전달 연구 interlines 수의 하이브리드 습윤성 패턴의 배향의 영향을 결정하기 위해 수행되었다. 끓는 열유속, HTC, 거품 역학은 모두 코팅 기판 우리 분석 하였다구리 기판과 비교 재.
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Protocol
수정 된 표면의 제조 1
- 수동 # 2000 에머리를 사용하여 15 분 동안 시험편 (중공 구리 실린더 40 mm의 길이 (l), 25 mm의 외경 (d 오)로하고, 18 mm의 내경 (d의 Ⅰ)) 연마 종이. DI 물 다음 아세톤으로 세척하여 광택 표면을 청소합니다.
- 120 ℃의 일정 온도에서 2 시간 동안 오븐에서 연마 된 시험편을 놓는다.
- 다음 단계를 사용하여 초 친수성의 SiO2 나노 입자 용액을 준비합니다.
- 테트라에 톡시 실란 및 DI 워터의 몰비 4 : 1을 혼합하여 용액 A를 준비한다. 37 %의 2 방울을 A 액에 염산을 농축하고, 2 시간 동안 교반 추가.
- 에탄올 및 DI 물의 몰비 3 : 1 혼합하여 용액 B를 만든다.
- 용액 B의 80 mL의 A 액 1 ㎖를 혼합하고 2 시간 동안 교반한다.
- 준비된 SOLU에의 SiO2 나노 입자 (40 나노 미터 직경) 32 g을 넣고1 시간 동안 기 저어.
- 5mm / min의 속도로 딥 코팅 장치를 이용하여 제조 한 용액에 시편을 담근다. 1 시간 동안 120 ℃의 오븐에서 코팅 된 시편을 유지.
- 다음 단계를 사용하여 (도 1 참조)의 축 방향을 따라 서로 다른 방향으로 2, 4, 8 환승 할 하이브리드 패턴을 준비한다.
- 중심과 초 친수성 영역에 도포되는 (영역) 상에 interlines을 조정 영역을 마스크 0 ° 방향에서의 2 인터 표면에 적절한 방향 (함께 interlines 필요한 수에 따른 절연 테이프를 사용하여 코팅되지하도록 상측. 한편, 90 ° 방향에 대해, 아래쪽 상단과 다른 하나 인터을 조정하고 180 ° 방향에 대해, 초 친수성 아래쪽 영역 및 중앙의 interlines을 조정한다. 유사하게, 조정 다른 출력과 4, 8 개면의 위치 환승 할rientation로서도 1에 도시).
- 5mm / 분의 느린 속도에서 높은 핑 속도 및 상승에 침지 코팅 장치, 딥을 이용하여 제조 된 용액에 마스크 시험편을 담근다. 1 시간 동안 120 ℃의 오븐에서 코팅 된 시편을 유지.
- 올바른 방향으로 interlines 필요한 수를 얻기 위해 마스킹 영역에서 절연 테이프를 분리.
도 1 다양 환승 할 표면의 선택. 다른 방향으로 다양한 환승 할 표면 (a) 회로도. 모든 조건에서 1 : 일반 구리 표면과 초 친수성 표면의 면적의 비는 1이다. (b) 방향 선택 기준. (c) 2 인터 0 ° 각도로 배향 된 표면의 투시도. 오리엔테이션 기준선과 코팅 사이의 각도로서 선택된다중앙 상부 측으로부터 제 친수성 패턴의 라인과는 시계 방향으로 측정된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
2. 실험 절차
- 절연 테이프를 사용하여 피복 된 시험편의 각각의 원형베이스에 한 유리관을 고정한다.
- interlines의 필요한 위치에 따른 실리콘 페이스트를 이용하여 (도 2에 도시 된 바와 같이) 가로 140- 140- X X 160 mm 챔버에이 어셈블리를 고정한다.
- 550 W, 18 mm 직경, 및 시험편의 구멍에 둘레 영역 열 페이스트의 박막을 40 mm 길이의 카트리지 히터를 배치했다.
- 직류 (DC) 전원 공급 장치에 카트리지 히터를 연결한다.
- 도 5와 같이 mm, 7 mm의 깊이가 다른 8 개의 등 간격 1 mm 구멍에 배치 T 형 열전대3 데이터 로거에 연결합니다.
- 상부 커버에 형성된 공간에 (RTD), 환류 응축기 및 보조 히터를 삽입하고 저항 온도 검출기를 고정한다. 끓는 실 이상을 수정합니다.
- 풀 비등 챔버로 DI 물 1,400 mL로 채 웁니다.
- 5 ℃에서 유지되는 냉각 실에 환류 응축기를 연결한다.
- 실험 전에 격렬하게 보조 히터를 사용하여 30 분 동안 풀 비등 챔버의 DI 물을 끓인다.
- 상기 보조 히터를 사용하여 포화 비등 상태에서 DI 워터를 유지. 이어서, 전원을 켜고 0.1 A. 초기 전류를 제공
- 정상 상태에 도달하기 위해 2 분 기다립니다. 이어서, 0.3 A. 단위로 전류를 증가
- 데이터 로거를 사용하여 각각의 입력 전력에서의 온도를 기록한다. 4 (A)의 최대 전류에 도달 할 때까지 실험을 계속합니다. 한편, 기포의 강약을 기록 또는 CCD 카메라를 이용하여 각각의 전원 입력 시험편에 집중 풀 비등 실의 전방에 배치.
풀 비등 회의소 그림 2. 도식. 유리 튜브는 실리콘 페이스트 중공 구리 실린더의 양측에 접속된다. 이것은 실리콘 페이스트 풀 비등 실에 고정되어있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
3. 열전대 위치를 그림. 8 열전대의 직경이 20mm의 시험편 대신 원주 1 개 mm 직경의 구멍 안에 위치한다. 다른 직경 1mm의 구멍의 깊이가 각각 5mm 7mm로 고정된다./files/ftp_upload/55387/55387fig3large.jpg "target ="_ blank "> 검색이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
3. 데이터 감소
- 다음 수학 식 19을 이용하여 입 열량 (Q)을 계산
Q = I V (1)
주 : I 및 V는 각각 A의 입력 전류 및 볼트 단위의 전압이다. - 식 (19)를 사용하여 양측면으로부터 열 손실 (Q 손실)를 추정 :
(2)
주 : K 구리의 열전도율이고; T 및 T 7mm 5mm가 7mm 각각 5mm, 깊이에서의 온도의 평균 값이고; ΔX (2 mM)을 깊이 사이의 차이이고; 과
테스트 (p)의 단면적은 IECE. - 하기 식 (19)을 사용하여 (Q '를') 열유속를 결정
(삼)
주 : A = π (D)의 입출력 L은 시편의 원주 영역이다. - 다음 식 (19)를 사용하여 벽면 과열을 (계산 :
(4)
주 : T의 m은 T 7mm 및 T 5mm의 평균 인 상기의 시험편 (R)의 출력 (12.5 mm) 시험편의 외 반경 (R)의 m (10mm) 시험편의 반경의 길이는 도 4에 도시 된 바와 같이 구멍을 측정하고, T가 앉아서하는 DI 워터의 포화 온도이다. - 하기 식 (19)를 사용하여 HTC (α)을 계산한다 :
PLOAD / 55,387 / 55387eq5.jpg "/> (5)
(2) 
테스트 (p)의 단면적은 IECE. 
(삼) 
(4) 
벽 온도 분석 그림 4. 회로도. 벽 온도는 측정 된 평균 온도 및 공지 원통형 열 저항을 사용하여 계산된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Representative Results
풀 비등 열전달 실험 개략도,도 5에 도시 된 실험 구성을 사용하여 하이브리드 습윤성 원통면에서 수행 하였다. interlines의 수와 풀 비등 성능 하이브리드 습윤성 패턴의 배향의 영향을 조사하면서 풀 비등 실험 절차는 프로토콜 부분의 2 단계에서 설명을 성공적으로 수행 하였다. 벽 과열 대 열유속 열유속 대 HTC : 다른 처리 표면의 풀 비등 공연 그래프의 관점에서 나타내었다.
다음 equati에 도시 된 바와 같이 실험 장치를 검증하기 위해서, 보통 구리 표면의 열전달 실험 결과 비등 풀은 1994 년 20 콘웰 휴스턴 예측 이론적 상관 관계를 비교 하였다에:
(6)
여기서 N의 U는 누셀 번호이고; 은 P = C와 0.5 C의 9.7p = 221.2 바; P는 R = P / P C 및 p = 1.013 바 F (p) = 0.17 1.8p R + R 1.2 4P + 10P R 10; B 다시 수학 식 7을 이용하여 산출되는 비점 레이놀즈 수는, 및 PR은 프란 틀 수있다.
(7)
Q는 '열유속이고, D는 시험체의 외부 직경이며, F는 DYN이다 μ아마이드 점도 및 시간 FG 포화 온도에서 기화 잠열이다.
실험 누셀 번호는 다음 식을 이용하여 계산된다 :
(8)
α는 HTC K 및 F이고 작동 유체의 열전도도이다.
도 6은 검증 그래프이다. 실험 누 셀트 수는 거의 특정 레이놀즈 수의 이론적 상관 관계를 누 셀트 수와 동일합니다.
계산 열유속 벽 슈퍼 열과 HTC 실험에서 불확실성 클라인 McClintn 및 방법 (21)을 사용하여 계산 하였다. 취소열유속 확실성이 벽 슈퍼 열과 HTC는 ± 15.3 %의 범위에서 추정하고, 1.7 %, ± 15.5 %로 각각 ±.
실험 장치의 그림 5. 회로도. 실험 장치는 풀 비등 성능을 조사하는 데 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
실험 장치의 그림 6. 확인. 본 결과 및 대수 스케일 콘웰 휴스턴 (16)에 의해보고 된 상관 관계의 비교. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. >
도 7 (a)는 0도 방향에서 interlines 수가 다른 일반 구리 표면의 풀 비등 곡선, 완전히 초 친수성 표면 그리고 혼성 표면을 나타낸다. 풀 비등 곡선 벽 과열 대 열유속의 그래프를 플로팅하여 수득되었다. 열유속 벽 과열은 각각 수학 식 3 및 4를 사용하여 계산 하였다. 2- 및 4- 인터 표면은 거의 유사한 값을 나타내었다 반면 풀 비점 곡선의 좌측 시프트 8 인터 표면 얻었다. 도 7 (b)는 다른 표면의 열 유동 대 HTC의 그래프를 나타낸다. HTC의 수학 식 5를 이용하여 계산된다. 다른면의 HTCs 비교하여, 균일 한 초 친수성 표면이 낮은 값을 나타내었다 반면 8 인터 표면은, 최대 값을 나타내었다.
ve_content "FO : 킵 together.within 페이지를 ="다른 표면 1 "> 거품 결정 핵 생성 사이트는 8은 완전히 초 친수성 표면 기포의 개수가 가장 낮은 것을 나타내는 그림 A CCD 카메라를 사용하여 기록 하였다. interlines의 수 증가, 거품도 증가하는 것으로 확인되었다.다른 방향은도 9 및도 10에 도시하여 2-, 4-, 및 풀 - 비등 성능면-8 및 환승 할. 0 ° 방향의 풀 비등 곡선에 비해 180 ° 방향이 우측 시프트를 나타내었다. 의 경우에는 각 방향의 다른 각도로 표면을 환승 할 2, 0 ° 방향으로 더 나은 성능 비등을 나타내었다. 4- 및 8 환승 할 표면은 각각 90 ° 및 45 °의 방향에서 최대 향상했다. 이 경우, 초 친수성 표면의 위치S는 최하위 interlines 위에 있었다. 그림 11은 다른 interlines의 최고의 풀 비등 성능을 보여줍니다. 인터 수의 증가로, HTCs 개선하기 위해 발견된다.
0 ° 방향에서 7 풀 비등 성능을 그림. (a) 표면에 대한 다양한 곡선 끓는. 열유속 대 HTC의 (b) 그래프. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
기포 핵 생성 제의 사진도. (a) 편면. (b) 초 친수성 표면. (c) 2- 환승 할 표면.(d) 4- 환승 할 표면. (E) -8- 환승 할 표면. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 풀 비등 곡선 배향 제 효과. 다른 방향으로 (a) 2 환승 할 표면, (b) 4 환승 할 표면, 및 (c)는 8 환승 할 표면의 풀 - 비점 곡선. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
대 HTC에 배향 효과도 10. 그플럭스에서. (a) 2 환승 할 표면의 열 흐름 그래프 대 HTC, (b) 4 환승 할 표면, 및 (c) 서로 다른 방향으로 8 표면 환승 할. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
최고의 풀 끓는 공연 그림 11. 비교. (a) 표면에 대한 다양한 곡선 끓는. (b) 열유속 대 비등 HTC 그래프. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Deionized water | |||
| Silica nanopowder,40 nm | UniRegion Bio-Tech | 60676860 | |
| Ethanol | ECHO Chemical co. Ltd | 64175 | |
| Hydrochloric acid | SHOWA Chemical co. Ltd. | 7647010 | |
| Tetraethoxysilane | SHOWA Chemical co. Ltd. | 78104 | |
| Acetone | UNI-ONWARD CORP. | 67641 | |
| Cartridge Heater | Chung Shun Heater & Instrument Co, Ltd. | ||
| Pyrex glass | Automotive Glass service , Taiwan | ||
| Ordinary toughened glass | Automotive Glass service , Taiwan | ||
| Thermal paste | Electrolube | EG-30 | |
| Insulation Tape | Chuan Chi Trading Co. Ltd | Kapton Tape | |
| Sandpaper | Chuan Chi Trading Co. Ltd | #2000 | |
| Heating furnace | Chung Chuan | Hong Sen HS-101 | |
| Electronic scales | A&D co. Ltd | GX400 | |
| Ultrasonic cleaner | Bransonic | Bransonic 3510 | |
| Magnet stirrer | Yellow line | MST D S1 | |
| Data logger | Yokogawa | MX-100 | |
| CCD camera | JVC | LY35862-001A | |
| Silicon paste | Permatex | 599BR | |
| Power supply | Gwinstek | GPR-20H50D | |
| Teflon tape | Chuan Chi Trading Co. Ltd | CS170000 | |
| Contact Angle Goniometer | Sindatek | Model 100SB | |
| Auxiliary Heater | Chuan Chi Trading Co. Ltd | ||
| T- type thermocouples | Chuan Chi Trading Co. Ltd | ||
| Reflux Condenser | Chuan Chi Trading Co. Ltd | ||
| Fiber glass | Professional Plastics, Taiwan |
References
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