بررسی تجربی تاثیر سطح انتقال حرارت بر جوشش استخری نانوسیال آب – اکسید تیتانیوم

چکیده نانوسیالات در سال های اخیر به دلیل ارتقای توانایی های انتقال حرارتی آنها مورد توجه قرار گرفته اند. با اضافه کردن کسر حجمی خیلی کم از نانوذرات به سیالات معمولی ضریب رسانش حرارتی و ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسیالات نسبت به سیال پایه آنها به طور قابل توجهی بهبود پیدا می کند. این بهبود خواص در نانوسیالات از این جهت برای ما مهم می باشد که نانوسیالات مشکلات مربوط به سایر محلول های سیال نظیر میکروسیالات، مانند گرفتگی، سایش و ته نشیین شدن را ندارند. بنابراین در این تحقیق یکی از فرایندهای جابجایی در تغییر فاز سیالات، که در فصل مشترک جامد - مایع روی می دهند مطالعه شده است. برای این منظور خواص انتقال حرارت جوشش نانوسیال با نانوذرات اکسید تیتانیوم معلق در آب، برای غلظت های حجمی متفاوت نانوذرات، روی سطح افقی صاف و سه سطح شیار دار دیگر با هندسه های متفاوت و در فشار محیط، بررسی شده است. آزمایش ها جهت بررسی اثر شیاردار کردن سطوح گرمایش بر روی خواص انتقال حرارت جوشش نانوسیال آب - اکسید تیتانیوم انجام شده است. نانوسیال با دو غلظت حجمی متفاوت 2/0 درصد و 4/0 درصد از نانوذرات تیتانیوم اکسید تهیه شده و آزمایش ها بر روی سطوح گرمایش صاف، شیار دار مربعی، شیار دار نیمدایره ای و شیاردارمثلثی با گام یکسان 5/1 میلیمتر در فشار محیط انجام شده است. نمودارهای لگاریتمی شار حرارتی عبوری از سطح گرمایش بر حسب اختلاف دمای سوپرهیت و ضریب انتقال حرارت جوشش بر حسب شار حرارتی عبوری از سطح گرمایش رسم شده و ضریب انتقال حرارت جوشش نانوسیال با سیال پایه آن، آب خالص روی تمامی سطوح گرمایش مقایسه شده است و ضریب انتقال حرارت جوشش نانوسیال با ضریب انتقال حرارت جوشش آب خالص بر روی تمامی سطوح گرمایش مقایسه شده است. مشاهده می شود که با افزایش غلظت حجمی نانو ذرات معلق در سیال پایه، کاهش در ضریب انتقال حرارت جوشش نانوسیال نسبت به آب روی تمامی سطوح گرمایش بیشتر می شود. با ایجاد شیار روی سطح انتقال حرارت، ضریب انتقال حرارت آب و نانوسیال افزایش می یابد. نتایج آزمایش نشان می دهد که در هر شار حرارتی مشخص، برای سیال پایه آب خالص و نانوسیال در هر دو غلظت حجمی یادشده، سطح گرمایش با شیار های مثلثی شکل دارای بیشترین ضریب انتقال حرارت و ضریب انتقال حرارت روی سطح گرمایش شیاردار نیمدایره ای از ضریب انتقال حرارت روی سطح شیاردار مربعی شکل بیشتر است، بطوریکه متوسط افزایش نسبی ضریب انتقال حرارت به ترتیب 79/34 درصد، 15/34 درصد و 33/28 درصد در فرایند جوشش آب خالص و نانوسیال با غلظت های حجمی 2/0 درصد و 4/0 درصد روی سطح گرمایش با شیارهای مربعی شکل می باشد. متوسط افزایش نسبی ضریب انتقال حرارت به ترتیب به مقادیر 58/50 درصد، 85/40 درصد و 68/34 درصد در فرایند جوشش آب خالص و نانوسیال با غلظت های حجمی 2/0 درصد و 4/0 درصد روی سطح گرمایش با شیارهای نیمدایره ای شکل بهبود می یابد. متوسط افزایش نسبی ضریب انتقال حرارت به ترتیب 95/119 درصد، 64/83 درصد و 63/65 درصد در فرایند جوشش آب خالص و نانوسیال با غلظت های حجمی 2/0 درصد و 4/0 درصد روی سطح گرمایش با شیار های مثلثی شکل افزایش یافته است. مساحت تماس سطوح گرمایش با سیال در حال جوشش، با استفاده از نرم افزار سالید ورد محاسبه شده است. این مساحت برای سطوح گرمایش صاف، شیاردار مربعی، شیاردار نیمدایره ای و شیاردار مثلثی به ترتیب 43/1590 میلیمتر مربع، 29/3149 میلیمتر مربع، 70/2499 میلیمتر مربع و 02/3542 میلیمتر مربع می باشد. از نتایج آزمایش مشخص می شود که افزایش مساحت تماس سطح گرمایش با سیال در حال جوشش تنها دلیل افزایش ضریب انتقال حرارت در اثر ایجاد شیار بر روی سطوح گرمایش نمی باشد، زیرا سطح گرمایش شیاردار مثلثی دارای بیشترین مساحت تماس می باشد حال آنکه مساحت تماس سطح گرمایش شیاردار نیمدایره ای از مساحت تماس سطح گرمایش مربعی بیشتراست. کلمات کلیدی : جوشش استخری، نانوسیال، سطوح گرمایش شیاردار، مساحت تماس