بررسي تجربي تاثير ماده متخلخل فلزي بر انتقال حرارت جريان جوشش مادون سرد در بين دو لوله هم‌مركز عمودي

Experimental Investigation of Metal Foam Effect on Subcooled Flow Boiling Heat Transfer between Two Vertical Annulus Tube

جوشش جرياني مادون سرد زماني رخ مي‌دهد كه دماي توده سيال كمتر و دماي سطح تماس بيشتر از دماي اشباع متناظر با فشار سيال باشد. يكي از راه‌هاي افزايش مكانيسم انتقال حرارت استفاده از فوم‌هاي فلزي با تخلخل بالا در كانال‌ها است كه داراي نسبت مساحت سطح به حجم بالا است كه باعث افزايش سطح انتقال حرارت و همچنين افزايش ضريب انتقال حرارت كانال مي‌شود. در مطالعه حاضر، با ساخت بستر آزمايشگاهي به بررسي تجربي تاثير ماده متخلخل بر انتقال حرارت جريان جوشش مادون سرد بين دو لوله هم‌مركز عمودي (لوله انليوس) با قطر داخلي و خارجي به‌ترتيب 50/7 و 70/6ميلي‌متر در فشار اتمسفريك و سيال‌كاري آب پرداخته شده است. فوم فلزي به‌كاررفته از جنس نيكل با ppi10 و تخلخل 95% است و اثر پارامترهايي مانند شار حرارتي و دبي جرمي بر ضريب انتقال حرارت بررسي شده است. نتايج به‌دست‌آمده از اين پژوهش كه محدوده دبي جرمي 0/012 تا kg/s0/286 است، نشان مي‌دهد كه در طول تمام مراحل آزمايش انتقال حرارت از دو مكانيسم جابه‌جايي اجباري و جوشش جرياني تشكيل مي‌شود كه اثر هر يك از پارامترهاي فوق بر اين دو مكانيسم انتقال حرارت مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين با كاهش دبي جرمي در محدوده ذكرشده در ناحيه جوشش مادون سرد، ضريب انتقال حرارت تا 30% افزايش مي‌يابد؛ همچنين استفاده از محيط متخلخل، ضريب انتقال حرارت جريان جوشش مادون سرد را تا حدود 30% افزايش مي‌دهد

The subcooled flow boiling happens when the bulk flow temperature and the interface temperature are lower and higher, respectively than the saturated temperature corresponding to the flow pressure. One way to increase the heat transfer mechanism is to use high porosity metal foams in the ducts, which have a high surface area to volume ratio that increases the heat transfer surface area and the heat transfer coefficient of the duct. In the current study, an experimental apparatus was constructed, and subcooled flow boiling in an annulus tube was investigated. The annulus tube is in the vertical direction, and the internal and external diameters are 50.7 and 70.6mm, respectively. The operating pressure was 1atm, and the working fluid was water. The metal foam used is nickel with 10ppi and a porosity of 95%. In this investigation, heat flux and mass flow rate effectiveness on the heat transfer coefficient are considered. The experiments were performed in the mass flow rate range of 0.012kg/s to 0.0286kg/s in which the flow consists of both forced convection and flow boiling. The mass flow reduction causes the heat transfer coefficient increment to 30% in subcooled boiling regions. The use of porous media also increases the subcooled flow boiling heat transfer coefficient up to 30%.