جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای امیررضا بهزادنیا)

موضوع:  بررسی عددی تغییرات زاویه ‌تماس حباب بر روی یک سطح صاف در طول فرایند تبخیر و اثر آن بر ضریب انتقال حرارت

ارائه دهنده: امیررضا بهزادنیا

استادان راهنما: دکتر رامین کوهی کمالی

استادان مشاور:-

استادان داور: دکتر محسن دوازده امامی- دکتر علی انصاری

چیکده : 

رشد حباب بر روی سطح در طول فرایند تبخیر، تأثیر قابل‌توجهی بر ضریب انتقال حرارت سطح می‌گذارد و نقش اساسی در بهینه‌سازی انتقال حرارت از سطح ایفا می‌کند، این ویژگی موجب شده است که پدیده‌ تبخیر به‌طور گسترده‌ای در کاربردهایی نظیر نیروگاه‌های برق، مبدل‌های حرارتی صنعتی، سیستم‌های خنک‌کننده تجهیزات الکترونیکی و فرایند‌های تبرید به‌کارگرفته ‌شود. تشکیل، رشد و جدایش حباب در این پدیده، به‌ویژه از طریق تغییرات زاویه ‌تماس حباب، مستقیماً بر توزیع دما و الگوی جریان مایع اطراف حباب تأثیرگذار است، بنابراین درتمامی این سامانه‌ها، بررسی دقیق زاویه ‌تماس حباب کلید دستیابی به عملکرد حرارتی مطلوب و افزایش بازده کل است. زاویه ‌تماس حباب با سطح جامد، یعنی زاویه‌ای که محل برخورد مرز مشترک مایع و بخار با سطح می‌سازد، یکی از پارامترهای تعیین‌کننده در روند تشکیل، رشد و جدایش حباب است. تغییرات زاویه تماس در طول فرایند تبخیر، شدت نیروهای کاپیلاری و الگوی توزیع فیلم نازک مایع زیر حباب را تحت تأثیر قرار داده، در نتیجه نرخ تبخیر و ضریب انتقال حرارت محلی را به میزان قابل‌توجهی تغییر می‌دهد. یکی از مسائل چالش‌برانگیز در این فرایند، بررسی رفتار دینامیکی حباب با در نظر گرفتن تغییرات پیوسته زاویه‌ تماس حباب در طول فرایند تبخیر است. در مطالعه عددی حاضر، تأثیر رفتار پویا زاویه ‌تماس حباب بر دقت پیش‌بینی ضریب انتقال حرارت در طول فرایند تبخیر و زمان جدایش حباب از سطح بررسی شده است. در این تحقیق، برای ردیابی مرز مشترک دوفاز مایع و بخار از روش حجم سیال و برای مدل‌سازی انتقال جرم از فاز مایع به بخار از مدل تغییر فاز لی استفاده شد و اثر زاویه‌ تماس پویا در مقایسه با زاویه ‌تماس ثابت در دقت پیش‌بینی ضریب انتقال حرارت و رفتار دینامیکی حباب نظیر زمان جدا شدن حباب، تأثیر ترشوندگی سطح‌ تماس بر تغییرات زاویه ‌تماس و در آخر اثر شار حرارتی و پارامترهای هندسی حباب بر زمان جدایش و ضریب انتقال حرارت مورد مورد مطالعه قرار گرفت. شبیه‌سازی‌ تبخیر حباب در یک دامنه دو‌بعدی متقارن تحت شار حرارتی ثابت بر سطح زیر حباب انجام گرفت. شبیه‌سازی در دو حالت زاویه ‌تماس پویا و ثابت انجام شد. مقایسه نتایج مربوط به ضریب انتقال حرارت با رابطه استفان و پروسر نشان داد، درحالت زاویه ‌تماس پویا مقدار ضریب انتقال حرارت پیش‌بینی شده در مقایسه با زاویه تماس ثابت حدودا 37 درصد بیشتر و در مقایسه با رابطه استفان و پروسر 1/4 درصد خطا دارد. همچنین، در حالت زاویه تماس پویا پارامترهای هندسی حباب در طول تبخیر (قطر و قطر تماس حباب) در مقایسه با نتایج تجربی با خطای کمتر از 4 درصد پیش‌بینی شد. این دقت در پیش‌بینی پارامترها در حالت زاویه ‌تماس پویا عمدتاً ناشی از در نظر گرفتن تغییرات ضخامت لایه نازک مایع و انتقال پیوسته‌ی نیروهای کاپیلاری در طول رشد حباب است. همچنین نتایج نشان داد زاویه تماس حباب به شدت تحت تاثیر ترشوندگی سطح تماس قرار دارد، به‌گونه‌ای که تغییرات زاویه‌ تماس بر روی سطوح آب‌گریز و آب‌دوست با هم کاملاً متفاوت است، که باعث می‌شود تغییرات ضریب انتقال حرارت سطوح آب‌گریز و آب‌دوست با هم متفاوت باشد، در آخر نتایج نشان داد که افزایش شار حرارتی، کاهش قطر و قطر تماس حباب به‌طور قابل‌توجهی ضریب انتقال‌ حرارت را افزایش داده و زمان جدایی حباب را کاهش می‌دهد.

کلمات کلیدی:

زاویه تماس، حباب، روش حجم سیال، ضریب انتقال حرارت، فرایند تبخیر، مدل تغییر فاز لی، سیستم‌های خنک‌کننده، ترشوندگی