Park, Ki-Jung;Lee, Yo-Han;Jung, Dong-Soo;Shim, Sang-Eun
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.7
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pp.665-676
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2011
In this study, the nucleate pool boiling heat transfer coefficients (HTCs) and critical heat flux (CHF) for a smooth and square flat heater in a pool of pure water with and without carbon nanotubes (CNTs) dispersed at $60^{\circ}C$ were measured. Tested aqueous nanofluids were prepared using CNTs with volume concentrations of 0.0001%, 0.001%, and 0.01%. The CNTs were dispersed by chemically treating them with an acid in the absence of any polymers. The results showed that the pool boiling HTCs of the nanofluids are higher than those of pure water in the entire nucleate boiling regime. The acid-treated CNTs led to the deposition of a small amount of CNTs on the surface, and the CNTs themselves acted as heat-transfer-enhancing particles, owing to their very high thermal conductivity. There was a significant increase in the CHF- up to 150%-when compared to that of pure water containing CNTs with a volume concentration of 0.001%. This is attributed to the change in surface characteristics due to the deposition of a very thin layer of CNTs on the surface. This layer delays nucleate boiling and causes a reduction in the size of the large vapor canopy around the CHF. This results in a significant increase in the CHF.
Jo, Byeong-Nam;Kang, Jun-One;Yoo, Jai-Suk;Kim, Hyun-Jung
한국가시화정보학회:학술대회논문집
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2006.12a
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pp.125-130
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2006
The characteristics of boiling heat transfer and critical heat flux (CHF) behavior of nano-fluids were studied by using various sized silver and alumina nanoparticles. The diameter of nanoparticles was from 2 nm to 250 nm for silver and from 20nm to 40nm for alumina. Pool boiling characteristics and CHF enhancement of nano-fluids with different sized nanoparticles were compared with those of pure water and each nano-fluids. The experiment was performed at atmospheric pressure and the temperature of the pool was maintained constantly by using a flat immersed heater. The concentration of nano-fluids was uniform in all experiments as 0.01g/liter. The results showed that the measured boiling curves were shifted to the right. It demonstrated that the occurrence of nucleate boiling regime in nano-fluids retarded, compared with that of pure water. Also, in nano-fluids, the boiling curves showed that CHF of nano-fluids is significantly enhanced and represented the effect of particle size on boiling characteristics.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.24
no.9
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pp.685-692
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2012
In this work, nucleate pool boiling heat transfer coefficients(HTCs) of 5 refrigerants of different vapor pressure are measured on horizontal Thermoexcel-E square surface of 9.53 mm length. Tested refrigerants are R32, R22, R134a, R152a and R245fa. HTCs are taken from 10 $kW/m^2$ to critical heat fluxes for all refrigerant at $7^{\circ}C$. Wall and fluid temperatures are measured directly by thermocouples located underneath the test surface and in the liquid pool. Test results show that critical heat fluxes(CHFs) of Thermoexcel-E enhanced surface are greatly improved as compared to that of a plain surface in all tested refrigerants. CHFs of all refrigerants on the Thermoexcel-E surface are increased up to 100% as compared to that of the plain surface. The improvement of Thermoexcel-E surface in CHF, however, is lower than that of the low fin surface. HTCs on Thermoexcel-E surface increase with heat flux. But after certain heat flux, HTCs began to decrease due to the difficulty in bubble removal caused by the inherent complex nature of this surface. Therefore, at heat fluxes close to the critical one, sudden decrease in HTCs needs to be considered in thermal design with Thermoexcel-E surface.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.23
no.3
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pp.179-187
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2011
In this work, nucleate pool boiling heat transfer coefficients(HTCs) of 5 refrigerants of differing vapor pressure are measured on horizontal low fin and Turbo-B square surfaces of 9.53 mm length. Tested refrigerants are R32, R22, R134a, R152a and R245fa and HTCs are taken from 10 $kW/m^2$ to critical heat fluxes for all refrigerant at $7^{\circ}C$. Wall and fluid temperatures are measured directly by thermocouples located underneath the test surface and in the liquid pool. Test results show that Critical heat fluxes(CHFs) of all enhanced surfaces are greatly improved as compared to that of a plain surface in all tested refrigerants. CHFs of all refrigerants on the 26 fpi low fin surface are increased up to 240% as compared to that of the plain surface. HTCs on both low fin and Turbo-B surfaces increase with heat flux. After certain heat flux, however, they decrease. CHFs of the Turbo-B enhanced surface are lower than that of the 26 fpi low fin surface. This phenomenon is due to the difference in surface structure of the low fin and Turbo-B surface.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.23
no.3
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pp.194-200
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2011
In this work, nucleate pool boiling heat transfer coefficients(HTCs) of pure water are measured on horizontal 26 fpi low fin, Turbo-B and Thermoexcel-E square surfaces of 9.53 mm length. HTCs are taken from 10 $kW/m^2$ to critical heat flux for all surfaces. Test results show that critical heat fluxes(CHFs) of all enhanced surfaces are greatly improved as compared to that of a plain surface. CHFs of water on the 26 fpi low fin surface, Thermoexcel-E surface, and Turbo-B are increased up to 320%, 275%, and 150% as compared to that of the plain surface, respectively. CHF of the Turbo-B enhanced surface is lower than that of the 26 fpi low fin surface due to the surface geometry. The heat transfer enhancement ratios of the Thermoexcel-E surface, low fin surface and Turbo-B enhanced surface are 1.6~2.9, 1.6~2.1, 1.4~1.7 respectively in the range of heat fluxes tested. Judging from these results, it can be said that these types of enhanced surfaces can be used in heat transfer applications at high heat fluxes.
Kim, Dong Eok;Park, Su Cheong;Yu, Dong In;Kim, Moo Hwan;Ahn, Ho Seon;Myung, Byung-Soo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.6
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pp.383-389
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2016
Based on a surface design with rectangular cavities and channels, we investigated the effects of gravity and capillary pressure on pool-boiling Critical Heat Flux (CHF). The microcavity structures could prevent liquid flow by the capillary pressure effect. In addition, the microchannel structures contributed to induce one-dimensional liquid flow on the boiling surface. The relationship between the CHF and capillary flow was clearly established. The driving potentials for the liquid supply into a boiling surface can be generated by the gravitational head and capillary pressure. Through an analysis of pool boiling and visualization data, we reveal that the liquid supplement to maintain the nucleate boiling condition on a boiling surface is closely related to the gravitational pressure head and capillary pressure effect.
A mechanistic model for forced convective transition boiling has been developed to predict transition boiling heat flux realistically. This model is based on a postulated multistage boiling process occurring during the passage time of an elongated vapor blanket specified at a critical heat flux condition. Between the departure from nucleate boiling (DNB) and the departure from film boiling (DFB) points, the boiling heat transfer is established through three boiling stages, namely, the macrolayer evaporation and dryout governed by nucleate boiling in a thin liquid film and the unstable film boiling. The total heat transfer rate during the transition boiling is the sum of the heat transfer rates after the DNB weighted by the time fractions of each stage, which are defined as the ratio of each stage duration to the vapor blanket passage time. The model predictions are compared with some available experimental transition boiling data. From these comparisons, it can be seen that the transition boiling heat fluxes including the maximum heat flux and the minimum film boiling heat flux are nil predicted at low qualities/high pressures near 10 bar.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.4
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pp.343-352
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2013
In this study, a smooth flat surface, low fin, Turbo-B, and Thermoexcel-E surfaces are used to examine the effect of the flow velocity on the pool boiling heat transfer coefficients (HTCs) and critical heat fluxes (CHFs). HTCs and CHFs are measured on a smooth square heater of $9.53{\times}9.53mm^2$ at $60^{\circ}C$ in a pool of pure water at various fluid velocities of 0, 0.1, 0.15, and 0.2 m/s. Test results show that for all surfaces, CHFs obtained with flow are higher than those obtained without flow. CHFs of the low fin surface are higher than those of the Turbo-B and Thermoexcel-E surfaces due largely to the increase in surface area and sufficient fin spaces for the easy removal of bubbles. CHFs of the low fin surface show even 5 times higher CHFs as compared to the plain surface. On the other hand, both Turbo-B and Thermoexcel-E surfaces do not show satisfactory results because their pore sizes are too small and water bubbles easily cover them. At low heat fluxes of less than $50kW/m^2$, HTCs increase as the flow velocity increases for all surfaces. In conclusion, a low fin geometry is good for application to steam generators in nuclear power plants.
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.
An experimental study has been peformed on the pool-boiling critical heat flux (CHF) phenomenon on downward -facing plates. The CHF for inclinations of -90$^{\circ}$(horizontally downward position), -88$^{\circ}$, -86$^{\circ}$, -84$^{\circ}$, -60$^{\circ}$ and -40$^{\circ}$ were measured using plate-type test sections of 20mm 200mm and 25mm 200mm in a pool of saturated water under atmospheric pressure. The measured CHF was lower for the wider test section and decreased as its orientation approached to the horizontally downward position. The lower CHF can be attributable to the increased difficulty for the bubbles in escaping from the heater surface. When compared with the previous works, the overall trends were similar; however, a transition angle, at which the decrease rate in the CHF was changed, was observed in the vicinity of -80$^{\circ}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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