عنوان پایان‌نامه
بررسی تأثیر خیس شوندگی در ایجاد اثر لایدن فراست حول سطح در شرایط مختلف محیطی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3492;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78837;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3492;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78837
- تاریخ دفاع
- ۰۶ دی ۱۳۹۵
- دانشجو
- محمد سلطانی عیان
- استاد راهنما
- سیدفرشید چینی
- چکیده
- در فرآیند جوش، مشخصه های سطح نقشی تعیین‌کننده در نوع جوشش و میزان انتقال حرارت دارند. سطوح فوق آبگریز به دلیل انرژی پایین سطح و ویژگی های انتقال حرارتی خود، باعث تسریع انتقال به جوشش لایه ای می شود که به آن‌ها اجازه می دهد در دماهای نزدیک به دمای جوشش، لایه لایدن فراست حول خود تشکیل دهند. این ویژگی سطوح فوق آبگریز می تواند به-منظور گسترش روش های کاهش درگ که بر مبنای ایجاد لایه هوا حول جسم هستند، استفاده شود. برای بررسی اثر ترکیبی فوق آبگریزی سطح و پدیده لایدن فراست در کاهش درگ سطحی، از یک سیستم تیلور-کوئت استفاده شده است که در آن استوانه داخلی ثابت بوده و استوانه خارجی با سرعت مشخص می چرخد و از آب به‌عنوان سیال استفاده شده است. سطح بیرونی استوانه داخلی به روش شیمیایی پوشش دهی شده است که زاویه تماس را تا بیش از 160 درجه افزایش می دهد. گرم‌کن نصب شده در داخل استوانه داخلی می تواند آن را تا دمای دلخواه گرم کرده و به کمک آن جوشش فیلمی را حول سطح تشکیل داد. ترک متر متصل به استوانه داخلی، گشتاور وارده از طرف جریان ایجاد شده توسط استوانه خارجی را اندازه گرفته و تغییرات آن را به ازای شرایط مختلف آزمایش نشان می دهد. طبق نتایج، وجود شرط مرزی لغزش کامل ناشی از لایه لایدن فراست، باعث کاهش 70 الی 80 درصدی در گشتاور اندازه گیری شده نسبت به سطح فوق آبگریز معمولی شده است. در محدوده رینولدز بررسی شده، میزان کاهش درگ با افزایش رینولدز، افزایش می-یابد. تلاطم ناشی از جریان مغشوش می تواند باعث تخریب لایه شود ولی تولید پیوسته بخار در سطح باعث پایداری لایه و حفظ کاهش درگ می شود. روش مورداستفاده در این مطالعه امکان مطالعه درگ فشاری و سطحی را به طور جداگانه فراهم می کند و نیاز به زمان و هزینه پایین تری برای اجرای آزمایش ها دارد. واژه‌های کلیدی: پدیده لایدن فراست، خیس شوندگی، کاهش اصطکاک، سیستم تیلور-کوئت
- Abstract
- Boiling surface characteristics have been identified to have determinative effects on boiling type and heat transfer. The low surface energy and heat transfer properties of superhydrophobic surfaces result in a highly reduced Leidenfrost temperature, which allows them to attain Leidenfrost vapor layer at temperatures not much greater than 100 ?C. These properties of superhydrophobic surfaces can be exploited to stablish gas-induced drag reduction methods. A Taylor-Couette flow apparatus was used to probe the combined effects of surface superhydrophobicity and Leidenfrost vapor layer on skin drag reduction. The inner superhydrophobic surface was fabricated by chemical etching method (dipped in Hydrochloric acid 11%, silanized by Stearic & Lauric acid), resulting static contact angle exceeding 155 ?. Also it could be heated up to the desired temperature by an embedded heater inside of it. The applied torque from rotational outer cylinder on fixed inner one was measured by a torque meter. According to the results, superhyrophobicity greatly reduces the Leidenfrost point and the heat flux that must be delivered to sustain the vapor layer. The resulting slip boundary condition leads to considerable reduction in measured torque values relative to unheated superhydrophobic surface. Under studied Reynolds number ranges, it was evident that drag reduction increases by increasing Re number. Turbulent fluctuations at high Re number could mitigate drag reduction, but continuous steam generation allows to restock thick vapor layer around body, and this leads to sustain drag reduction. In conclusion, by heating a submerged body past its Leidenfrost temperature, it is possible to develop a thick gas layer between surface and liquid. But for superhydrophobic surfaces, it is possible to stabilize vapor layer at lower superheats and heat fluxes, because of their specific structures. These experiments suggested an active means of drag reduction possibility by employing the nanostructured surfaces with modified wettability, with applications from microchannel flows to naval industries. Keywords: Drag reduction, Leidenfrost point, wettability, Taylor-Couette flow.
