Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.3
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pp.389-396
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2001
Direct numerical simulation of bubble growth and merger process on a single nucleation site during partial nucleate boiling is performed. The equations governing conservation of mass, momentum and energy are solved using a finite difference method combined with a level set method for capturing the vapor-liquid interface. The level set method is modified to include the effects of phase change at the interface and contact angle at the wall. Also, a simplified formulation for predicting the evaporative heat flux in a thin liquid micro-layer is developed and incorporated into the level set formulation. Based on the numerical results, the bubble growth and merger pattern and its effect on the heat transfer are discussed.
An experimental study was conducted on the film boiling of nanofluid droplets at a surface temperature range of 300 to 500℃. The nanofluid was made by mixing pure water with copper oxide powder of diameter of 80 nm. The initial volume of the nanofluid droplet ranged from about 21 to 44 ㎕, and the volume, base diameter, and time were measured during the evaporation process. It was found that nanofluid droplets evaporate faster as the surface temperature increases. Also experimental results showed the droplets evaporate quickly at the beginning of evaporation, but as the volume of the droplets decreases, the evaporation rate gradually slows down, and this trend becomes stronger as the surface temperature increases. In addition, the evaporation rate of nanofluid droplets was slightly faster than that of pure water droplets, this was believed to be because the contact area of nanofluid droplets increased.
When the heat flux on the heating surface following changing heat condition in the boiling heat transfer system exceeds critical heat flux, the critical heat flux phenomenon is going over to immediately the film boiling area and then it is occurred the physical destruction phenomenon of various heat transfer systems. In order to maximize the safe operation and performance of the heat transfer system, it is essential to improve the CHF(Critical Heat Flux) of the system. Therefore, we have analysis the effect of improving CHF and characteristics of heat transfer following the nanoparticle coating thickness. As the results, copper nanocoating time are increased to CHF, and in case of nano-coatings are increased spray-deposited coating times more than in the fure water; copper nanopowder is increased up to 6.40%. The boiling heat transfer coefficients of the pure water are increased up to 5.79% respectively. Also, the contact angle is decreased and surface roughness is increased when nano-coating time is increasingly going up.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.5
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pp.275-281
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2016
In this study, we investigate the pool boiling enhancement caused by perforated plates on top of a smooth surface. We conduct tests using R-123 at atmospheric pressure. It was shown that perforated plates significantly enhanced the pool boiling of the smooth surface. The reason may be attributed to the increased bubble contact area between the plates. The results showed that the enhancement ratio was dependent on the heat flux. At high heat flux, the enhancement ratio increased as the porosity increased. However, at low heat flux, the enhancement ratio decreased as the porosity increased. For the present investigation, the optimum configuration had a pore diameter of 2.0 mm, pore pitch of $2.5mm{\times}5.0mm$ or $5.0mm{\times}5.0mm$, and a gap width of 0.5 mm, which yielded heat-transfer coefficients that are close to those of GEWA-T. The optimum porosity for R-123 was significantly larger than that of water or ethanol. The reason for this may be the large liquid-to-vapor density ratio along with the small latent heat of vaporization of R-123. The perforated plates yielded smaller boiling hysteresis compared with that of the smooth surface.
Kim, Jeong-Bae;Kim, Hyung-Dae;Lee, Jang-Ho;Kwon, Young-Chul;Kim, Jeong-Hoon;Kim, Moo-Hwan
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.11
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pp.1980-1992
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2006
Nucleate pool boiling experiments were performed using pure R11 for various surface angles under constant heat flux conditions during saturated pool boiling. A 1-mm-diameter circular heater with an artificial cavity in the center that was fabricated using a MEMS technique and a high-speed controller were used to maintain the constant heat flux. Bubble growth images were taken at 5000 frames per second using a high-speed CCD camera. The bubble geometry was obtained from the captured bubble images. The effects of the surface angle on the bubble growth behavior were analyzed for the initial and thermal growth regions using dimensional scales. The parameters that affected the bubble growth behavior were the bubble radius, bubble growth rate, sliding velocity, bubble shape, and advancing and receding contact angles. These phenomena require further analysis for various surface angles and the obtained constant heat flux data provide a good foundation for such future work.
Nucleate pool boiling experiments with constant heat flux condition were performed using pure R11 and R113 for various surface angles under saturated pool condition. A circular heater of 1 mm diameter, with artificial cavity in the center, fabricated using MEMS technique and the high-speed controller were used to maintain the constant heat flux. Images of bubble growth were taken at 5,000 frames per second using a high-speed CCD camera. The bubble geometry was obtained from the captured bubble images. The effects of surface angles on the bubble growth behaviors were analyzed as dimensional scales for the initial and thermal growth regions. The parameters for the bubble growth behaviors were bubble radius, bubble growth rate, sliding velocity, bubble shape and advancing and receding contact angles. These phenomena require further analysis for various surface angles, but this study will provide good experimental data with constant heat flux boundary condition for such works.
Rahimian, A.;Kazeminejad, H.;Khalafi, H.;Akhavan, A.;Mirvakili, M.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.10
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pp.2353-2360
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2020
An anodic electrophoretic deposition (EPD) technique is used to create a uniform TiO2 thin film coating on boiling thin steel plates (1.1 mm by 90 mm). All of the effective parameters except time of the EPD method are kept constant. To investigate the effect of gamma irradiation on the critical heat flux (CHF), the test specimens were irradiated in a gamma cell to different doses ranging from 100 to 300 kGy, and then SEM and BET analysis were performed. For each coated specimen, the contact angle and capillary length were measured. The specimens were then tested in a boiling pool for CHF and boiling heat transfer coefficient. It was observed that irradiation significantly decreases the maximum pore diameter while it increases the porosity, pore surface area and pore volume. These surface modifications due to gamma irradiation increased the CHF of the nano-coated surfaces compared to that of the unirradiated surfaces. The heat transfer coefficient (HTC) of the nano-coated surfaces irradiated at 300 kGy increased from 83 to 160 kW/(㎡ K) at 885 kW/㎡ wall heat flux by 100%. The CHF of the irradiated (300 kGy) and unirradiated surfaces are 2035 kW/㎡ and 1583 kW/㎡, respectively, an increase of nearly 31%.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.8
s.227
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pp.996-1003
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2004
The bubble motion during nucleate boiling in a microchannel is investigated by numerically solving the equations governing conservation of mass, momentum and energy in the liquid and vapor phases. The liquid-vapor interface is tracked by a level set method which is modified to include the effects of phase change at the interface and contact angle at the wall. Also, the evaporative heat flux from the thin liquid film that forms underneath a growing bubble attached to the wall is incorporated in the analysis. Based on the numerical results, the effects of channel size, contact angle, wall superheat and waiting period on the bubble growth and heat transfer in a microchannel are quantified.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.11
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pp.840-848
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2009
In the boiling heat transfer mechanism, CHF(critical heat flux) is the significantly important parameter of the system. So, many researchers have been struggling to enhance the CHF of the system in enormous methods. Recently, there were lots of researches about enormous CHF enhancement with the nanofluids. In that, the pool boiling CHF in nanofluids has the significantly increased value compared to that in pure water because of the deposition of the nanoparticle on the heater surface in the nanofluids. The aim of this study is the comparison of the effect of the nanoparticle deposited surface and the modified surface which has the similar morphology and made by MEMS fabrication. The nanoparticle deposited surface has the complex structures in nano-micro scale. Therefore, we fabricated the surfaces which has the similar wettability and coated with the micro size post and nano structure. The experiment is performed in 3 cases : the bare surface with 0.002% water-ZnO nanofluids, the nanoparticle deposited surface with pure water and the new fabricated surface with pure water. The contact angle, a representative parameter of the wettability, of the all 3 cases has the similar value about 0 and the SEM(scanning electron microscope) images of the surfaces show the complex nano-micro structure. From the pool boiling experiment of the each case, the nanoparticle deposited surface with pure water and the fabricated surface with pure water has the almost same CHF value. In other words, the CHF enhancement of the nanoparticle deposited surface is the surface effect. It also shows that the new fabricated surface follows the nanoparticle deposited surface well.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.10
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pp.1089-1095
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2011
Numerical simulation is performed for nucleate boiling on a micro-finned surface, which has been widely used to enhance heat transfer, by solving the equations governing the conservation of mass, momentum, and energy in the liquid and vapor phases. The bubble motion is determined by a sharp-interface level-set method, which is modified to include the effect of phase change and to treat the no-slip and contact-angle conditions, as well as the evaporative heat flux from the liquid microlayer on immersed solid surfaces such as micro fins and cavities. The numerical results for bubble formation, growth, and departure on a microstructured surface including fins and cavities show that the bubble behavior during nucleate boiling is significantly influenced by the fin-cavity arrangement and the fin-fin spacing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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