مطالعه تجربی جوشش استخری گذرای آب دیونیزه در دو حالت حضور و غیاب میدان مغناطیسی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

10.22044/jsfm.2020.8515.2932

چکیده

در این پژوهش جوشش استخری گذرای آب دیونیزه در شرایط اشباع و فشار اتمسفر در دوره‌های زمانی 1، 10، 100 و 1000 ثانیه بررسی شده است. سیم آلیاژی آهن-آلومینیوم- کروم در حالت افقی به عنوان سطح گرم کن و برای بررسی اثر میدان مغناطیسی بر روی جوشش آب دیونیزه از دو آهن ربای دائمی‌از جنس سرامیک استفاده شد. افزایش شار حرارتی در دوره‌های زمانی بصورت ایجاد اختلاف ولتاژ دو سر سیم گرم کن است و این اختلاف ولتاژ با زمان بطور خطی افزایش می‌یابد. افزایش شار حرارتی به وسیله یک تابع چندجمله ای درجه دوم با افزایش ولتاژ از صفر تا 50 ولت در هر دوره زمانی بدست آمده است. با حضور میدان مغانطیسی شار حرارتی بحرانی در دماهای مافوق گرم بزرگتر بدست آمد. مقدار‌های شار حرارتی بحرانی در دوره‌های زمانی 100 و 1000 ثانیه در حضور میدان مغناطیسی بیشتر از مقدار‌های مشابه در عدم حضور میدان مغناطیسی است که می تواند به سبب تغییر ویژگی های شیمیای-فیزیکی آب تحت میدان مغناطیسی باشد. مقدار افزایش شار حرارتی در اثرحضور میدان مغناطیسی نسبت حالت عدم حضور میدان برای دوره زمانی 100 ثانیه و 1000 ثانیه به ترتیب برابر با 74/12 % و 3/7 % بدست آمد.

کلیدواژه‌ها


[1] Gaertner RF (1965) Photographic study of nucleate pool boiling on a horizontal surface. J Heat Trans-T ASME 87(1): 17-27.

[2] Zou A, Chanana A, Agrawal A, Wayner Jr PC, Maroo SC (2016) Steady state vapor bubble in pool boiling. Sci Rep 6 :20240.

[3] Nasiri S, Talebi S, Salimpour MR (2018) The effect of grooved surfaces on pool boiling heat transfer of water and Fe3O4/water nanofluid. Modares Mechanical Engineering 18(5): 490-500.

[4] Hursin M, Downar T (2008) PWR control rod ejection analysis with the MOC code decart. in:  Joint International Workshop: Nuclear Technology Society–Needs for Next Generation, Berkley, CA.

[5] Khafizov R, Poplavskii V, Rachkov V, Sorokin A, Trufanov A, Ashurko YM, Volkov A, Ivanov E, Privezentsev V (2017) Experimental studies of heat exchange for sodium boiling in the fuel assembly model: Safety substantiation of a promising fast reactor. Therm Eng 64(1): 6-14.

[6] Su GY, Bucci M, McKrell T, Buongiorno J (2016) Transient boiling of water under exponentially escalating heat inputs. Part I: Pool boiling. Int J Heat Mass Tran 96: 667-684.

[7] Park SD, Lee SW, Kang S, Kim SM, Bang IC (2012) Pool boiling CHF enhancement by graphene-oxide nanofluid under nuclear coolant chemical environments. Nucl Eng Des/Fusion 252: 184-191.

[8] El-Genk MS (2012) Immersion cooling nucleate boiling of high power computer chips. Energy Convers Manag 53(1): 205-218.

[9] Ali AF, El-Genk MS (2012) Spreaders for immersion nucleate boiling cooling of a computer chip with a central hot spot. Energy Convers Manag 53(1): 259-267.

[10] Zhang Y, Lu D, Wang Z, Fu X, Cao Q, Yang Y (2017) Experimental investigation on pool-boiling of C-shape heat exchanger bundle used in PRHR HX. Appl Therm Eng 114: 186-195.

[11] Rosenthal MW (1957) An experimental study of transient boiling. Nucl Sci Eng 2(5): 640-656.

[12] Ervin JS, Merte H, Keller R, Kirk K (1992) Transient pool boiling in microgravity. Int J Heat Mass Tran 35(3): 659-674.

[13] Pavlenko A, Tairov E, Zhukov V, Levin A, Tsoi A (2011) Investigation of transient processes at liquid boiling under nonstationary heat generation conditions. J Eng Thermophys-Rus 20(4): 380-406.

[14] Auracher H, Marquardt W (2002) Experimental studies of boiling mechanisms in all boiling regimes under steady-state and transient conditions.    Int J Therm Sci 41(7): 586-598.

[15] Park J, Fukuda K, Liu Q (2017) Critical heat flux phenomena depending on pre-pressurization in transient heat input. in:  AIP Conference Proceedings, AIP Publishing.

[16] Shiotsu M (1977) Transient Pool boiling heat transfer. J Heat Trans-T ASME 99: 547.

[17] Li Y, Fukuda K, Liu Q (2017) Steady and Transient CHF in Subcooled Pool Boiling of Water under Sub-atmospheric Pressures, Marine engineering. Journal of the Japan Institute of Marine Engineering 52(2): 245-250.

[18] Sakurai A, Shiotsu M (1977) Transient pool boiling heat transfer—part 2: Boiling heat transfer and burnout. J Heat Trans-T ASME 99(4): 554-560.

[19] Sharma VI, Buongiorno J, McKrell TJ, Hu LW (2013) Experimental investigation of transient critical heat flux of water-based zinc–oxide nanofluids. Int J Heat Mass Tran 61: 425-431.

[20] Kwark SM, Kumar R, Moreno G, You SM (2012) Transient characteristics of pool boiling heat transfer in nanofluids. J Heat Trans-T ASME 134(5): 051015.

[21] Tachibana F, Akiyama M, Kawamura H (1968) Heat transfer and critical heat flux in transient boiling,(i) an experimental study in saturated pool boiling. J Nucl Sci Technol 5(3): 117-126.

[22] Derewnicki K (1985) Experimental studies of heat transfer and vapour formation in fast transient boiling. Int J Heat Mass Tran 28(11): 2085-2092.

[23] Hata K, Masuzaki S (2010) Influence of heat input waveform on transient critical heat flux of subcooled water flow boiling in a short vertical tube. Nucl Eng Des/Fusion 240(2): 440-452.

[24] Johnson H (1971) Transient boiling heat transfer to water. Int J Heat Mass Tran 14(1): 67-82.

[25] Isao K, Akimi S, Akira S (1983) Transient boiling heat transfer under forced convection. Int J Heat Mass Tran 26(4): 583-595.

[26] Sakurai A, Serizawa A, Kataoka I, Shiozu M (1978) Transient boiling heat transfer under forced convection. Kyoto Daigaku Genshi Enerugi Kenkyusho Iho  16-19.

[27] Ayoobi A, Khorasani AF, Tavakoli MR, Salimpour MR (2019) Experimental study of the time period of continued heating rate on the pool boiling characteristics of saturated water. Int J Heat Mass Tran 137: 318-327.

[28] Sakurai A, Shiotsu M (1977) Transient pool boiling heat transfer—part 1: Incipient Boiling superheat. J Heat Trans-T ASME 99(4): 547-553.

[29] Kobe S, Dražić G, McGuiness PJ, Stražišar J (2001) The influence of the magnetic field on the crystallisation form of calcium carbonate and the testing of a magnetic water-treatment device, materials. J Magn Magn Mater 236(1-2): 71-76.

[30] Holysz L, Szczes A, Chibowski EJJOC, Science I (2007) Effects of a static magnetic field on water and electrolyte solutions. J Colloid Interface Sci 316(2): 996-1002.

[31] Pang XF, Deng BJ (2008) The changes of macroscopic features and microscopic structures of water under influence of magnetic field. Physica B Condens Matter 403(19-20) 3571-3577.

[32] X. Han, Y. Peng, Z. Ma, E. Optics (2016) Effect of magnetic field on optical features of water and KCl solutions, 127(16) 6371-6376.

[33] Wang Y, Zhang B, Gong Z, Gao K, Ou Y, Zhang J (2013) The effect of a static magnetic field on the hydrogen bonding in water using frictional experiments. J Mol 1052: 102-104.

[34] Wang Y, Wei H, Li Z (2018) Effect of magnetic field on the physical properties of water. Results Phys 8: 262-267.

[35] Toledo EJ, Ramalho TC, Magriotis Z (2008) Influence of magnetic field on physical–chemical properties of the liquid water: Insights from experimental and theoretical models. J Mol Sci 888(1-3) 409-415.

[36] Ishimoto J, Okubo M, Kamiyama S, Higashitani M, Engineering T (1995) Bubble behavior in magnetic fluid under a nonuniform magnetic field. J Jpn Soc 38(3): 382-387.

[37] Lykoudis P, Transfer M (1976) Bubble growth in the presence of a magnetic field. Int J Heat Mass Tran 19(12): 1357-1362.

[38] Kuphaldt TR (2006) Lessons in electric circuits. Volume I–DC.

[39] Moffat RJ (1988) Describing the uncertainties in experimental results. Exp Therm Fluid Sci 1(1): 3-17.

[40] Rohsenow WM (1951) A method of correlating heat transfer data for surface boiling of liquids, Cambridge, Mass.: MIT Division of Industrial Cooporation.

[41] Zuber N (1963) Nucleate boiling. The region of isolated bubbles and the similarity with natural convection. Int J Heat Mass Tran 6(1): 53-78.