توضیحات
ABSTRACT
The maximum theoretical boiling heat transfer rate qmax is set by interface unidirectional thermal vapor flux, and quest continues for achieving a high fraction of it under saturated liquid flow. We introduce the flow-boiling canopy wick (FBCW) employing film (meniscus) evaporation and perforated screenlayer separating the liquid stream from the underlying vapor space. The vapor vents continuously through periodic perforations, in contrast to plain surface which becomes completely covered by vapor at high heat flux. The FBCW allows streamwise liquid tracks on the screenlayer between perforations providing capillary liquid flow toward heated surface and evaporation on high-effective-conductivity monolayer wick. Under extreme heat flux, various hydrodynamic limits prevent liquid supply and vapor removal, i.e., the capillary-viscous, wick superheat, perforation pressure drop and chocking and liquid-vapor stability limits. The liquid and vapor inertiae control the streamwise continuous liquid track (with isolated and/or merged vapor track) and for saturated water at 1 atm CFD and wick pressure drop predict heat flux up to 0.1qmax = 20 MW/m2, an order-of-magnitude larger than the nucleate flow-boiling limit. The concept of replacing the chaotic nucleated bubbles with the structured, continuous vapor venting in the periodic FBCW transforms boiling heat transfer and its upper limit.
INTRODUCTION
Boiling heat flux limit is governed by the supply of heat and liquid for evaporation, and removal of vapor (allowing for liquid irrigation), with the upper limit set by the maximum vapor flow rate predicted by the kinetic theory of gases. The surfaceconvection thermal-hydraulic limitations by boundary layers and liquid-vapor phase competition can be controlled using 3-D multiscale, unit-cell based boiling metamedium. The metamedium combines (a) high-effective-thermal-conductivity capillary monolayer for evaporation, (b) high-permeability liquid supply posts separating the liquid and vapor phases, and flows, and (c) uniquely designed liquid- and vapor-tracks – leading to record high heat flux and thermal conductance. Metamaterials are engineered (synthesized from multiple elements in repeating patterns) to provide properties not naturally available employing heterogeneities for effective macroscopic transport (e.g., multiscale functiondesigned porous media). While low thermal resistance has been observed for subcooled boiling, the saturated flow boiling, even at very large liquid speed (up to 10 m/s), has not yet been able to reach the low thermal resistance achieved with multidimensional wicks under saturation.
چکیده
حداکثر سرعت انتقال حرارت حرارتي qmax بوسیله رابط شار بخار گرمایی یک طرفه تنظیم می شود و تلاش برای رسیدن به مقدار زیادی از آن تحت جریان مایع اشباع ادامه می یابد. ما فایبرگ جوش جوش (FBCW) با استفاده از تبخیر فیلم (منیسک) و سوراخ سوراخ سوراخدار که جریان مایع را از فضای بخار زیرزمینی جدا می کند معرفی می کنیم. بخار بخار به طور مداوم از طریق سوراخ های دوره ای، در مقایسه با سطح دشت که به طور کامل توسط بخار با شار حرارت بالا پوشانده می شود. FBCW اجازه می دهد جریان های جریان مایع روی صفحه نمایش را بین سوراخ هایی که جریان مایعات مویرگی را به سمت سطح گرم و تبخیر بر روی سیم پیچ یکنواخت هدایت می کنند. تحت شدت شار حرارتی، محدودیت های مختلف هیدرودینامیکی مانع از عرضه مایع و حذف بخار می شود، به عنوان مثال، ویسکوز موئین، گرمادهی ویسکوز، افت فشار پرفوراسیون، و محدودیت های پایداری مکانیکی و مایع. مایع و بخار inertiae کنترل مسیر جریان مایع مداوم جریان (با مسیر جدا شده و / یا بخار ادغام شده) و برای آب اشباع در 1 atm CFD و افت فشار پشم چوب پیش بینی شار حرارت تا 0.1qmax = 20 MW / m 2، منظور از -گسترش بزرگتر از حد جریان جوش هسته ای. مفهوم جایگزینی حباب های هسته ای هرج و مرج با جریان تهی شده بخار مستمر در FBCW دوره ای تبدیل جوش حرارت انتقال و حد بالای آن است.
مقدمه
حد جریان شار حرارتی توسط تامین حرارت و مایع برای تبخیر و حذف بخار (اجازه می دهد برای آبیاری مایع) با حد بالا تعیین شده توسط حداکثر سرعت جریان بخار پیش بینی شده توسط تئوری جنبشی گاز است. محدودیت های حرارت حرارتی هیدرولیکی توسط لایه های مرزی و رقابت فاز مایع بخار می تواند با استفاده از متادم جوش جوش چندگانه 3 بعدی با یک واحد سلولی کنترل شود. متامدیوم ترکیبی از (a) یک تک لایه مویرگانی مجهز به ترمو حرارتی برای تبخیر، (ب) مقادیر ورودی مایع با نفوذپذیری، جداسازی فازهای مایع و بخار و جریان، و (c) طراحی مایع و بخار منحصربفرد – منجر به ثبت شار حرارت بالا و هدایت حرارتی. مواد متالورژی مهندسی شده (از چندین عنصر در الگوهای تکرار ساخته شده است) برای ارائه خواصی که به طور طبیعی موجود نیستند و برای انتقال مؤثر مكروسكوپي استفاده می شود (به عنوان مثال، رسانه های متخلخل طراحی شده توسط چند محوری). در حالی که مقاومت حرارت حرارتی کم برای جوش سوپوشو مشاهده شده است، جریان جوش اشباع شده، حتی با سرعت مایع بسیار زیاد (تا 10 متر بر ثانیه)، هنوز نمی توانست به مقاومت کم حرارتی دست یابد که در اثر اشباع چند قطبی به دست می آید.
Year: 2018
Publisher : ELSEVIER
By : Minki Kim, Massoud Kaviany
File Information: English Language/ 11 Page / size: 3.36 MB
سال : 1396
ناشر : ELSEVIER
کاری از : مینکی کیم، مسعود کویانی
اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 11 صفحه / حجم : MB 3.36
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.