تحليل تئوري و تجربي استفاده از ميكرو - نانو ساختارها در بهبود انتقال حرارت در چگالش قطره‌اي

دكتري

چگالش بر روي سطح به دو صورت قطرهاي و لايهاي ايجاد مي‌شود. چگالش لايه‌اي عمومي‌ترين شكل چگالش است كه در آن يك لايه‌ي مايع كل سطح را ميپوشاند. درحاليكه در چگالش قطره‌اي مايع چگاليده به‌صورت قطراتي مجزا بر روي سطح پديدار مي‌شود. رشد، تركيب و در نهايت سُر خوردن قطرات در چگالش قطرهاي به نحوي صورت مي‌گيرد كه همواره بخش‌هاي زيادي از سطح در تماس مستقيم با بخار است؛ بنابراين به دليل مقاومت حرارتي كمتري كه بين بخار و سطح در چگالش قطره‌اي به وجود مي‌آيد، ضريب انتقال حرارت اين نوع از چگالش بسيار بالاتر از چگالش لايهاي است. چگالش قطره‌اي بر روي سطوح آب‌گريز‌ انجام ميشود. نقش اصلي در شكل‌گيري آب‌گريز‌ي بر روي سطوح بر عهده ميكرو-نانو ساختارهاست؛ بنابراين مهم‌ترين گام‌ در مطالعه چگالش قطره‌اي بررسي نقش ميكرو-نانوساختارها در شكل‌گيري آب‌گريز‌ي است. در اين تحقيق نقش ميكرو-نانو ساختارها بر روي چگالش قطرهاي و آب‌گريز‌ي به لحاظ تئوري و آزمايشگاهي مورد بررسي قرار مي‌گيرد. براي اين كار ابتدا به‌صورت آزمايشگاهي سطوح آب‌گريز‌ و ابرآب‌گريز‌ به روشهاي مختلف توليد مي‌شود. اثر ميكرو نانو ساختارها در اين بخش با ابزارهايي نظير ميكروسكوپ الكتروني و تحليل پرتو ايكس بررسي شده است. در حوزه تئوري، اثر پارامترهاي مختلف دخيل در چگالش قطره‌اي نظير شكل و ابعاد هندسي، پراكندگي و چيدمان زبري بر روي چگالش قطرهاي بررسي شده است. از اين قسمت مشخص شد كه با افزايش ارتفاع ميكرو-نانوساختارها (تا حدود 8 برابر)، مستقل از نوع پيكره‌بندي قطره، ضريب انتقال حرارت (تا حدود 7 برابر) كاهش مييابد. در قسمت بررسي آزمايشگاهي نيز پس از تعيين الزامات دستگاه آزمون چگالش، يك دستگاه جهت بررسي انتقال حرارت چگالش طراحي و ساخته شده است. نتايج اين قسمت نشان ميدهد زمان پوشش دهي 30 دقيقه و غلظت 0.025 ميلي اكتادكان تيول در حدود 5 برابر انتقال حرارت بهتري در چگالش قطرهاي روي صفحه صيقلي پوشش داده شده نسبت به حالت چگالش لايهاي بدست ميآيد. در بخش بررسي آزمايشگاهي چگالش قطرهاي از روش الكترونشست براي ايجاد ميكرو-نانوساختار بر روي سطوح مورد آزمون استفاده شد. نتايج نشان داد كه در زمان‌هاي بالاي فرايند الكترونشست (۷۵ و ۱۳۵ ثانيه) و نيز اختلاف دماي كمتر از ۱۵ درجه، ضريب انتقال حرارت چگالش قطرهاي در حدود 2.5 برابر نسبت به چگالش لايهاي بهتر شده است.

191916

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي

دكتر حميد صفاري