بررسي تجربي جوشش استخري نانوسيال اكسيد مس روي سطح تخت مسي و اندازه‌گيري شار حرارت بحراني

Experimental study of CuO/Water nanofluid pool boiling on the copper flat surface and measurement of the critical heat flux

پديده جوشش به دليل بزرگتر بودن حرارت نهان تبخير نسبت به حرارت محسوس و در نتيجه نرخ انتقال حرارت بالا، يكي از پركاربردترين فرآيند‌هاي انتقال حرارت در صنعت به شمار مي‌رود. اما استفاده از فرايند جوشش در شار حرارتي بالا محدوديت امكان وقوع جوشش فيلمي در نقطه شار حرارت بحراني را دارد. در سال‌هاي اخير مطالعات زيادي در زمينه جوشش استخري نانوسيال براي افزايش شار حرارت بحراني انجام شده و بعضاً نتايج متناقضي در اين مورد ارائه‌ شده است. اين پژوهش با هدف درك رفتار نانوسيال و تأثير نانوپوشش ايجاد شده در طي فرآيند انتقال حرارت جوشش استخري بر شار حرارت بحراني انجام شده است. بنابراين از تركيب نانوذرات اكسيد مس/آب با اندازه نانوذرات nm 40 و غلظت‌هاي (mg/l) 1-1000 و هيتر مسي با سطح تخت و قطر mm10 و زبري سطح nm 7/5 استفاده شده است. اندازه‌گيري شار حرارت بحراني در غلظت‌هاي مختلف نانوسيال نشان داد كه شار حرارت بحراني با افزايش غلظت تا mg/l100 حداكثر به ميزان % 92 نسبت به آب ديونيزه افزايش مي‌يابد. بعد از جوشش نانوسيال، براي بررسي خواص سطوح و نانوپوشش ايجاد شده روي سطح، اندازه‌گيري‌هاي ميكروسكوپ نيروي اتمي، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و اندازه‌گيري زاويه تماس سطح روي نمونه‌ها انجام شده است. نتايج نشان‌دهنده تأثير مثبت زبري و اثر منفي افزايش ضخامت بر افزايش شار حرارت بحراني مي‌باشد.

Boiling heat transfer is one of the most applicable heat transfer processes in the industry. In recent years, many studies have been investigated in nanofluid pool boiling field and reported some contradictory results. This research is a qualitative and quantitative investigation to understand the behavior of nanofluid during pool boiling heat transfer. For this purpose, a low concentration (up to 1000mg/l) of CuO-water nanofluid and a copper plate surface heater with a diameter of 10 mm and surface roughness of 7.5 nm were used. CuO-water nanofluids have been created by 40nm nanoparticles and 1 to 1000 mg/l of concentrations are used in this research. The measurement of critical heat flux at different concentrations of nanofluid showed that critical heat flux has improved 92% in optimized concentration of 100 mg/l compared to distilled water. Atomic force microscopy, scanning electron microscopy and contact angle measurements have been done for analyzing properties of surface and nanocoated which are formed after nanofluid boiling. Results demonstrate that there is a positive effect in increasing roughness and a negative impact of thickness enhancement on critical heat flux.