شبيه سازي عددي تاثير زبري بر نقطه جوانه زني در جريان جوششي نانوسيال

Numerical Simulation of the Effects of Surface Roughness on Nucleation Site Density of Nanofluid Boiling

در اين پژوهش، به مدل سازي جريان جوششي مادون سرد نانوسيال با سيال پايه آب در كانالي با يك نقطه داغ پرداخته شده است. تاثير افزودن نانوذرات بر جريان جوششي مادون سرد در اين كانال مورد مطالعه قرار گرفت. نانوذرات به كارگرفته شده، آلومينا هستند. براي شبيه سازي، ابتدا خواص نانوسيال را متغير با دما در نظر گرفته و بعد از آن با استفاده از ديدگاه اويلر- اويلر جوشش را بررسي مي كند. اسم اين روش اويلر- مخلوط گذاشته شده است. علاوه بر درنظرگرفتن خواص متغير با دما در اين پژوهش، از مدلي براي چگالي نقطه جوانه زني استفاده شد كه تابع زبري سطح و ميزان رسوب نانوذرات است. بعد از صحت سنجي مدل حاضر، جوشش نانوسيال با درنظرگرفتن چهار زبري 25، 50، 75 و 100نانومتر مدل سازي شد. تغييرات پارامترهاي ديناميك حباب در شارهاي حرارتي و زبري هاي مختلف سطح بررسي شدند. طبق نتايج به دست آمده مشخص شد كه با افزايش زبري سطح شاهد افت دماي سطح و افزايش چگالي نقطه جوانه زني شده است. همچنين در اين بازه زبري سطح، با افزايش زبري سطح قطر جدايش حباب افزايش و فركانس جدايش كاهش مي يابد. همچنين نتايج نشان دادند كه افزايش شار حرارتي موجب افزايش فركانس جدايش حباب و كاهش قطر جدايش حباب و زمان انتظار حباب مي شود.

In this research, a numerical scheme for subcooled flow boiling with water based fluid in a channel with a hot spot was developed. The effect of nanoparticles was studied in the subcooled flow boiling. Alumina nanoparticles were used for the protection of nanofluid. The properties of nanofluid are assumed to be temperature independent. The mixture of nanofluid is studied by using Eluer–Eluer approach. In addition to considering the variable properties of temperature in this study, a model for the density of the nucleation site was used, which is the surface roughness and sedimentation rate of the nanoparticles. After verifying the model, the nanofluid boiling was modeled, using 4 roughnesses of 25, 50, 75, and 100 nm. Changes of bubble dynamics parameters were investigated in different heat fluxes and roughnesses. According to the results, it was found that with increasing surface roughness, the surface temperature drop and the density of the nucleation site density increased. Also, bubble departure diameter is increased and bubble detachment frequency is decreased by increasing surface roughness. Moreover, the results shows that bubble detachment diameter is increased by increasing the heat flux and bubble detachment waiting time.