Comparison of pool boiling heat transfer coefficients for surfaces with open microchannels of variable and constant depths

• Autorzy: Bedla-Pawlusek Milena , Pastuszko Robert , Kaniowski Robert

Warianty tytułu

PL

Porównanie współczynników przejmowania ciepła dla powierzchni z otwartymi mikrokanałami o zmiennej i stałej głębokości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Experimental studies of pool boiling heat transfer on open microchannels of variable and constant depth were conducted. Microchannels of variable depth from 0.05 to 2.8 mm and a width from 0.2 and 0.5 mm were uniformly spaced on base surfaces with a pitch of 0.4 and 1.0 mm. Reference surfaces with microchannels with a constant depth were 0.2 or 0.4 mm wide and 0.2 or 0.5 mm deep. The experiment was conducted for three liquids, i.e. water, ethanol, and Novec-649, at atmospheric pressure. A comparison of heat transfer coefficients (HTCs) for surfaces with microchannels of constant and variable depths was made. The highest values of the heat transfer coefficient for boiling water were obtained for microchannels with a constant depth at heat flux above 350 kW/m2 . At the boiling of ethanol, the highest HTCs were achieved at a heat flux above 150 kW/m2 for narrow microchannels with variable depths. A high speed camera and photo camera were used to record images of the entire sample surface. Visualization investigations were aimed at identifying nucleation sites and determining the bubble growth cycle.

PL

Przeprowadzono eksperymentalne badania wymiany ciepła przy wrzeniu w mikrokanałach o zmiennej i stałej głębokości. Mikrokanały o zmiennej głębokości od 0,05 do 2,8 mm i szerokości 0,2 i 0,5 mm były równomiernie rozmieszczone na powierzchni podstawy z podziałką 0,4 i 1 mm. Powierzchnie referencyjne wykonano w postaci mikrokanałów o stałej głębokości 0,2 lub 0,5 mm oraz szerokości 0,2 lub 0,4 mm. Eksperyment był prowadzony dla następujących czynników wrzących: wody, etanolu i Novec-649, będących pod ciśnieniem atmosferycznym. Najwyższe wartości współczynnika przejmowania ciepła podczas wrzenia wody uzyskano dla mikrokanałów o stałej głębokości przy gęstości strumienia ciepła powyżej 350 kW/m2 , natomiast przy wrzeniu etanolu najwyższe wartości współczynnika przejmowania osiągnięto przy zastosowaniu wąskich mikrokanałów o zmiennej głębokości, dla gęstości strumienia ciepła powyżej 150 kW/m2 . Do zarejestrowania obrazów na całej powierzchni próbki użyto kamery o wysokiej prędkości i aparatu cyfrowego. Badania wizualizacyjne miały na celu zarejestrowanie obrazów miejsc tworzenia, wzrostu i oderwania się pęcherzyków.

Słowa kluczowe

EN

pool boiling; microchannels; visualization

PL

wrzenie w dużej objętości; mikrokanały; wizualizacja

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2019
• Tom: no. 1
• Strony: 59--67
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bedla-Pawlusek Milena

• Holy Cross Cancer Center, Kielce, Poland

autor

Pastuszko Robert

• Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce University of Technology, Poland

autor

Kaniowski Robert

• Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce University of Technology, Poland

Bibliografia

• 1. Liang G., Mudawar I.: Review of pool boiling enhancement by surface modification. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019, 128, pp. 892-933.
• 2. Tullius J.F., Vajtai R., Bayazitoglu Y.: A review of cooling in microchannels. Heat Transfer Engineering, 2011, 32, pp. 527-541.
• 3. Patil C.M., Kandlikar S.G.: Pool boiling enhancement through microporous coatings selectively electrodeposited on fin tops of open microchannels. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2014, 79, pp. 816-828.
• 4. Kwak H. J., Kim J. H., Myung B., Kim M. H., Kim D. E.: Behavior of pool boiling heat transfer and critical heat flux on high aspect-ratio microchannels. International Journal of Thermal Sciences, 2018, 125, pp. 111-120.
• 5. Bonjour J., Lallemand M.: Effects of confinement and pressure on critical heat flux during natural convective boiling in vertical channels. International Communications in Heat and Mass Transfer, 1997, 24, pp. 191-200.
• 6. Jaikumar A., Kandlikar S.: Enhanced pool boiling for electronics cooling using porous fin tops on open microchannels with FC-87. Applied Thermal Engineering., 2015, 91, pp. 426-433.
• 7. Gouda R.K., Pathak M., Khan M.K.: Pool boiling heat transfer enhancement with segmented finned microchanels structured surface. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2018, 127, pp. 39-50.
• 8. Kaniowski R., Pastuszko R., Nowakowski Ł.: Effect of geometrical parameters of open microchannel surfaces on pool boiling heat transfer. EPJ Web Conf., 2017, 143, 02049.
• 9. Pastuszko R., Wójcik T.M.: Experimental investigations and a simplified model for pool boiling on micro-fins with sintered perforated foil. Experimental Thermal and Fluid Science, 2015, 63, pp. 34-44.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).