بررسي عددي اثر مارانگوني بر روي سطوح تركيبي آبگريز- آبدوست در انتقال حرارت چگالش قطره‌اي

كارشناسي ارشد

چگالش يك فرآيند تغيير فاز مي‌باشد كه بخار در تماس با يك سطح سردتر طي يك فرآيند فشار ثابت تغيير فاز داده و به صورت مايع چگاليده بر روي سطح قرار مي‌گيرد. چگالش به دو صورت لايه‌اي و قطره‌اي بر روي سطح اتفاق مي‌افتد. در چگالش لايه‌اي، لايه‌اي از مايع چگاليده سطح را مي‌پوشاند و اين لايه به دليل ضخامتي كه دارد منجر به ايجاد مقاومت در مسير انتقال حرارت شده و در نتيجه ضريب انتقال حرارت كمتري را نسبت به چگالش قطره‌اي بوجود مي‌آورد. از طرفي چگالش قطره‌اي بر روي سطحي كه انرژي سطحي آن پايين باشد، اتفاق مي‌افتد. دو مورفولوژي كيسي و ونزل از جمله حالت‌هاي ايجاد قطره بر روي سطح در چگالش قطره‌اي مي‌باشند. پايان نامه حاضر تلاش نموده انتقال حرارت چگالشي را بر روي يك سطح تركيبي آبگريز-آبدوست و در زبري با حالت‌هاي كيسي، ونزل و حالت بدون زبري و در دو سطح صفحه تخت و سطح لوله مورد بررسي قرار دهد. نوارهاي آبگريز به صورت موازي با سطح آبدوست در نظر گرفته شده و براي دست يابي به يك نقطه بهينه كه در آن شارحرارتي سطح تركيبي حداكثر مقدار را داشته باشد، عرض نواحي آبگريز متناسب با بيشترين شعاع قطره محدود شده است. همچنين در اين مدلسازي اثر پديده جابجايي مارانگوني در داخل قطره مورد بررسي قرار گرفته است و روابط مربوط به انتقال حرارت با در نظر گرفتن جريان مارانگوني اصلاح شده است. به اين صورت كه به كمك رابطه موجود براي عدد مارانگوني، رابطه افت دماي ناشي از جابجايي مارانگوني بدست آمده و از حاصل جمع اين رابطه با ساير افت دماهاي موجود، رابطه انتقال حرارت از تك قطره اصلاح شده است. همچنين رابطه‌اي براي شعاع قطره استخراج شده كه به كمك آن مي‌توان قطرات را به دو دسته قطراتي كه اثر مارانگوني در آن‌ها قابل توجه بوده و قطراتي كه اين اثر قابل صرف نظر كردن مي‌باشد، تقسيم كرد. بررسي نتايج نشان مي‌دهد كه استفاده از سطح تركيبي منجر به محدود شدن رشد قطره شده و نقطه بهينه‌اي براي بيشترين شعاع قطره وجود خواهد داشت كه در آن حداكثر شارحرارتي از سطح تركيبي بدست خواهد آمد. مقادير اين نقطه بهينه براي حالت‌هاي كيسي، ونزل و سطح صاف به ترتيب از45/0 تا 75/0، 54/0 تا 74/0 و 3/0 تا 42/0 ميليمتر براي عرض نواحي آبدوست مختلف متغير مي‌باشد. همچنين در حالت كلي در نظر گرفتن اثر جابجايي مارانگوني به طور ميانگين منجر به افزايش 27%شار حرارتي در حالت ونزل و افزايش 31% شارحرارتي در حالت كيسي مي‌گردد.

205935

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك

حميد صفاري