شبیه‌سازی جوشش استخری روی یک صفحه عمودی دارای شیار مثلثی و دایره‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

امروزه از انتقال حرارت جوشش استخری در بسیاری از تجهیزات صنعتی استفاده می‌شود. انتقال حرارت جوشش استخری در مقایسه با انتقال حرارت تکفازی، به دلیل استفاده از ظرفیت گرمای نهان تبخیر، ظرفیت انتقال حرارت بیشتری دارند. در این مقاله به بررسی انتقال حرارت جوشش استخری روی صفحه عمودی صاف و شیاردار مثلثی و دایره‌ای با استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی پرداخته شده است. در مطالعات انجام شده اثر افزودن دو نوع شیار مثلثی و دو نوع شیار دایره‌ای و نیز چهار دمای سطح گرمایش بررسی شده است. به منظور مدل‌سازی جریان دوفازی از روش حجم سیال استفاده و معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود حل شده است. نتایج نشان داده است که اضافه کردن شیارهای مثلثی و دایره‌ای روی سطح گرمایش منجر به افزایش متوسط شار حرارتی خواهد شد. در حالت سطح شیاردار مثلثی، مقدار شار حرارتی متوسط وارد شده به مایع آب بین 128% تا 177% افزایش پیدا کرده است. با ایجاد شیار دایره‌ای، در نهایت مقدار شار حرارتی متوسط به مقدار 69% تا 105% افزایش داشته است. همچنین مقدار بخار آب نیز در حالت سطح شیاردار مثلثی 160% تا 340% و در حالت سطح شیاردار دایره‌ای  بین 101% تا 155% افزایش داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Pool Boiling Simulation on Vertical Plate with Triangular & Circular grooves

نویسندگان [English]

  • Shahram Talebi
  • Nazila Makulati
Mechanical Engineering Department, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده [English]

Today, pool boiling heat transfer is used in many industrial equipment and engineering applications. Pool boiling heat transfer compared to single-phase heat transfer has a higher heat transfer capacity due to the use of latent heat evaporation of liquids. Therefore, in this study, the pool boiling heat transfer on a flat vertical plate and plate with triangular and circular grooves have been investigated using numerical simulations. In studies, the effect of adding two types of triangular grooves, two types of circular grooves with different dimensions, and four heating surface temperatures has been investigated. In order to simulate the two-phase flow in this study, the volume of the fluid method was used and the governing equations were solved using the finite volume method. The obtained results showed that adding triangular and circular grooves on the heating surface will increase the average heat flux. In the triangular grooved surface case, the average heat flux which entered liquid increased from 128% to 177%. By using a circular groove, the average heat flux augments about 69% to 105%.  Also, the water vapor value in the triangular grooved surface case increased from 160% to 340%, and in the circular grooved surface case rises 101% to 155%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pool boiling
  • Vertical plate
  • Triangular groove
  • Circular groove
  • Volume of fluid method

مراجع

[1] S. Nukiyama, The maximum and minimum values of the heat Q transmitted from metal to boiling water under atmospheric pressure, International Journal of Heat and Mass Transfer, 9(12) (1966) 1419-1433.
[2] N. Kaneyasu, F. Yasunobu, U. Satoru, O. Haruhiko, Effect of surface configuration on nucleate boiling heat transfer, International Journal of Heat and Mass Transfer, 27(9) (1984) 1559-1571.
[3] J. Chang, S. You, Heater orientation effects on pool boiling of micro-porous-enhanced surfaces in saturated FC-72, Journal of heat transfer, 118(4) (1996) 937-943.
[4] J. Ho, K. Leong, C. Yang, Saturated pool boiling from carbon nanotube coated surfaces at different orientations, International Journal of Heat and Mass Transfer, 79 (2014) 893-904.
[5] S. Jung, H. Kim, Effects of surface orientation on nucleate boiling heat transfer in a pool of water under atmospheric pressure, Nuclear Engineering and Design, 305 (2016) 347-358.
[6] A.M. Gheitaghy, A. Samimi, H. Saffari, Surface structuring with inclined minichannels for pool boiling improvement, Applied Thermal Engineering, 126 (2017) 892-902.
[7] T. Chuang, Y. Chang, Y. Ferng, Investigating effects of heating orientations on nucleate boiling heat transfer, bubble dynamics, and wall heat flux partition boiling model for pool boiling, Applied Thermal Engineering, 163 (2019) 1-12.
[8] W. Lee, G. Son, Numerical simulation of boiling enhancement on a microstructured surface, International communications in heat and mass transfer, 38(2) (2011) 168-173.
[9] S. Gong, P. Cheng, Numerical simulation of pool boiling heat transfer on smooth surfaces with mixed wettability by lattice Boltzmann method, International Journal of Heat and Mass Transfer, 80 (2015) 206-216.
[10] s. nasiri, S. Talebi, M.R. Salimpour, The Experimental Analyses of Grooved Surface and Magnetic Field Effects on γ-Fe2O3/water Nanofluid Pool Boiling, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 52(6) (2018) 1577-1594, (in Persian).
[11] A.A. Jamialahmadi, A. Nazari, M.H. Kayhani, Experimental study of CuO/Water nanofluid pool boiling on the copper flat surface and measurement of the critical heat flux, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 53(5) (2021) 3099-3114, (in Persian).
[12] S.A. Hosseini, R. Kouhi Kamali, The Effect of Surface Types on Bubble Dynamic Formation During Nucleate Pool Boiling by Use of Lee and Tanasawa Phase Change Models, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 52(9) (2019) 2521-2536, (in Persian).
[13] M. Hassani, R. Kouhi Kamali, Two-dimensional simulation of nucleation pool boiling and investigation of phase change mechanism at low heat fluxes, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 53(Issue 3 (Special Issue)) (2021) 1883-1896, (in Persian).
[14] J.U. Brackbill, D.B. Kothe, C. Zemach, A continuum method for modeling surface tension, Journal of computational physics, 100(2) (1992) 335-354.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 54، شماره 11
بهمن 1401
صفحه 2645-2662

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار