Hibridne strukturirane površine za izboljšan prenos toplote pri mehurčkastem vrenju : doktorsko delo

slovenski

doktorska dela

2021

Disertacije   hibridne površine   izboljšan prenos toplote   mehurčkasto vrenje   samoomočljivi fluidi   staranje površin   strukturiranje površin   Vrenje

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo
(Obvezni izvod spletne publikacije)

V delu obravnavamo prenos toplote pri mehurčkastem vrenju in njegovo izboljšanje oz. intenzifikacijo preko modifikacije vrelne površine in njene interakcije z delovnim fluidom. V ta namen predstavljamo razvoj hibridnih strukturiranih površin, ki promovirajo mehurčkasto vrenje. Za funkcionalizacijo površin vzorcev iz aluminija, bakra in titana smo uporabili predobdelavo s kemičnim ali laserskim strukturiranjem in nanos hidrofobnega premaza v obliki fluoriranega silana. Na podlagi analize literature, v kateri obstaja velik raztros referenčnih vrednosti kritične gostote toplotnega toka kot posledica različnih metodologij procesiranja izmerkov, smo razvili novo merilno progo za spremljanje procesa vrenja z nizko merilno negotovostjo. Na razvitih površinah smo ovrednotili prenos toplote pri nasičenem vrenju vode pri atmosferskem tlaku, pri čemer smo zabeležili vrednosti kritične gostote toplotnega toka do 1943 kW m-2 (> 100 % izboljšanje v primerjavi z neobdelano površino) in koeficiente toplotne prestopnosti do 304,7 kW m-2 K -1 (> 500 % izboljšanje). Pokazali smo, da se zaradi večkratnega nastopa kritične gostote toplotnega toka ali dolgotrajnega vrenja spremenijo morfološke in kemične lastnosti vrelne površine, kar vpliva na prenos toplote pri vrenju. Ovrednotenje vrenja samoomočljivih fluidov na razvitih hibridnih površinah je pokazalo, da se parametri prenosa toplote v splošnem poslabšajo v primerjavi z vrenjem čiste vode na istih površinah, še vedno pa so zagotovljeni višji koeficienti toplotne prestopnosti kot pri vrenju istih fluidov na neobdelanih površinah. Rezultati doktorskega dela kažejo, da primerno razplinjene površine z nizko površinsko energijo in mikrostrukturo, ki promovira nukleacijo, zagotavljajo velike izboljšave parametrov prenosa toplote pri mehurčkastem vrenju, kar je v nasprotju s trenutno uveljavljenim prepričanjem, da takšne površine, ki na makroskali izkazujejo superhidrofobnost, niso primerne za izboljšanje prenosa toplote pri vrenju.

15.05.2023