بررسي آزمايشگاهي اثر سرعت و زبري روي جوشش جرياني مادون سرد

Experimental investigation of velocity and roughness effects on subcooled flow boiling

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. اهميت ويژه جوشش در اين است كه با وجود اختلاف دماي كم ميان مايع و سطح تماس، انتقال حرارت زيادي مبادله مي‌شود، كه دليل اين امر بالا بودن ميزان گرماي نهان سيال است. در اين مقاله اثر سرعت جريان و زبري سطح روي جوشش جرياني مادون سرد آب خالص بررسي ‌شد. بدين منظور يك دستگاه آزمايش طراحي و ساخته شد. دستگاه متشكل از يك كانال شيشه‌اي به سطح مقطع 30×20 ميلي‌متر و طول 120 سانتي‌متر است. قطعه‌ مورد آزمايش كه يك هيتر استوانه‌اي مسي به قطر 12 ميلي‌متر هست، در كف كانال تعبيه‌ شده است. آزمايش‌ها براي زبري‌هاي 65/0، 5/2 و 4/4 ميكرومتر در سرعت‌هاي 5/0، 7/0 و 9/0 متر بر ثانيه انجام شدند. نتايج آزمايش‌ها نشان مي‌دهد با افزايش زبري سطح، ضريب انتقال حرارت جوشش جرياني افزايش مي‌يابد. همچنين با افزايش سرعت، در دماهاي سطح جوشش پايين، افزايش انتقال حرارت مشاهده شد. در حالي ‌كه در دماهاي سطح جوشش بالا، عكس روند مذكور مشاهده شد. نتيجه بدست آمده براي اثر سرعت در دماهاي سطح جوشش بالا، ناشي از در نظر گرفتن همزمان جابجايي و جوشش و بر هم كنش آنها ميباشد كه تا كنون به صورت آزمايشگاهي ارايه نشده بود. اين كار آزمايشگاهي براي سطح مسي انجام نشده بود.

The subcooled flow boiling occurs when the bulk temperature is less than saturation temperature of the liquid at that pressure though the surface temperature is higher. The most important feature of boiling phenomenon is related to the high latent heat of fluid which could remove high heat flux at relatively low temperature difference between the liquid and the hot surface. In this study, the impact of velocity and roughness on the subcooled flow boiling were investigated experimentally for pure water. An experimental setup was designed and manufactured. The experimental setup consists of a plexiglass channel with cross section 20×30 mm and length of 120 cm. A cylindrical heater made of copper with diameter 12 mm is located on the bottom surface of the plexiglass channel. All the experiments were conducted for the surface roughness of 0.65, 2.5 and 4.4 µm at velocities of 0.5, 0.7 and 0.9 m/s. The experimental results show that the surface heat flux increases as the surface roughness and velocity increase. However, this effect of velocity enhancement was only observed for lower boiling surface temperature and an opposite trend has occurred for higher boiling surface temperature. This is due to the simultaneous consideration of the convection and boiling terms along with the interaction between them, which has not been presented experimentally yet. It appears that this kind of experimental study has not been carried out for copper type surfaces.