Refrigeration Engineering and Technology

ISSN-print: 0453-8307
ISSN-online: 2409-6792
ISO: 26324:2012
Архiви

Експериментальне дослідження коефіцієнта тепловіддачі при кипінні нанохолодоагенту R141b/наночастинки TiO2 на поверхнях з різним ступенем змочування

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Т. В. Лук'янова
О. Я. Хлієва
Ю. В. Семенюк
В. П. Желєзний
С.Г. Корнієвич
E. I. Альтман
http://orcid.org/0000-0002-8934-2036

Анотація

Як один із перспективних і недорогих способів інтенсифікації процесів кипіння холодоагентів у випарниках холодильних машин останнім часом розглядається введення в склад робочого тіла наночастинок. Наявні в даний час експериментальні дослідження в цій області нечисленні й суперечливі. Тому дослідження впливу добавок наночастинок на процес кипіння модельного холодоагенту є актуальними. В роботі наведено результати експериментального дослідження впливу добавок наночастинок TiO2 (0,1 мас. %) і поверхнево-активної речовини (ПАР) Span80 (0,1 мас. %) в холодоагент R141b на коефіцієнт тепловіддачі при кипінні у вільному об’ємі. При проведенні експерименту густина теплового потоку варіювалася від 5 до 60 кВт·м-2, значення тиску підтримувалися рівними 0,2, 0,3 і 0,4 МПа. Експерименти проведено при кипінні об'єктів дослідження на двох поверхнях нагріву, які відрізнялися ступенем змочування холодоагентом R141b: на поверхні з нержавкої сталі та на поверхні, вкритій тонким шаром фторопласту. Встановлено, що при кипінні на поверхні, вкритій фторопластом, спостерігаються значно більші значення перегріву в порівнянні з кипінням на сталевій поверхні, а відтак, менші значення коефіцієнту тепловіддачі. Зроблено висновок, що зниження коефіцієнта тепловіддачі при кипінні на поверхні, покритій фторопластом, обумовлено переважно не зміною ступеня змочування, а меншою шорсткістю поверхні фторопластового покриття. Показано, що уведення у холодоагент наночастинок і ПАР призводить до інтенсифікації процесу тепловіддачі при кипінні в діапазонах параметрів, характерних для роботи випарників холодильних систем.

Ключові слова:
Холодоагент, Нанофлюїд, Кипіння у вільному об'ємі, Коефіцієнт тепловіддачі, Інтенсифікація тепловіддачі

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Як цитувати
Лук’янова, Т. В., Хлієва, О. Я., Семенюк, Ю. В., Желєзний, В. П., Корнієвич, С., & АльтманE. I. (2018). Експериментальне дослідження коефіцієнта тепловіддачі при кипінні нанохолодоагенту R141b/наночастинки TiO2 на поверхнях з різним ступенем змочування. Refrigeration Engineering and Technology, 54(3), 50-57. https://doi.org/10.15673/ret.v54i3.1111
Розділ
ХОЛОДИЛЬНІ ТА СУПУТНІ ТЕХНОЛОГІЇ

Посилання

1. Gogolin, A.A., Danilova, G.N., Azarskov, V.M. Mednikova, N.M. (1982). Heat Transfer Enhancement in Refrigeration Machines Evaporators. Moskow: food industry (in Russian).
2. Celen, A., Çebi, A., Aktas, M., Mahian, O., Dalkilic, A. S., Wongwises, S. (2014). A review of nanorefrigerants: Flow characteristics and applications. International Journal of Refrigeration, 44, 125–140. doi:10.1016/j.ijrefrig.2014.05.009
3. Alawi, O. A., Sidik, N. A. C. (2014). Influence of particle concentration and temperature on the thermophysical properties of CuO/R134a nanorefrigerant. International Communications in Heat and Mass Transfer, 58, 79–84. doi:10.1016/j.icheatmasstransfer.2014.08.038
4. Azmi, W. H., Sharif, M. Z., Yusof, T. M., Mamat, R. Redhwan, A. A. M. (2017). Potential of nanorefrigerant and nanolubricant on energy saving in refrigeration system–A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 69, 415–428.
5. Bhattad, A., Sarkar, J., Ghosh, P. (2018). Improving the performance of refrigeration systems by using nanofluids: A comprehensive review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82 (3), 3656–3669. doi:10.1016/j.rser.2017.10.097
6. Solangi, K. H., Kazi, S. N., Luhur, M. R., Badarudin, A., Amiri, A., Sadri, R., … Teng, K. H. (2015). A comprehensive review of thermo-physical properties and convective heat transfer to nanofluids. Energy, 89, 1065–1086.
7. Kakaç, S., Pramuanjaroenkij, A. (2016). Single-phase and two-phase treatments of convective heat transfer enhancement with nanofluids–A state-of-the-art review. International journal of thermal sciences, 100, 75‑97.
8. Fang, X., Chen, Y., Zhang, H., Chen, W., Dong, A., Wang, R. (2016). Heat transfer and critical heat flux of nanofluid boiling: a comprehensive review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 62, 924–940. doi:10.1016/j.rser.2016.05.047
9. Peng, H., Ding, G., Jiang, W., Hu, H., Gao, Y. (2009). Heat transfer characteristics of refrigerant-based nanofluid flow boiling inside a horizontal smooth tube. International Journal of Refrigeration, 32(6), 1259–1270. doi:10.1016/j.ijrefrig.2009.01.025
10. Peng, H., Ding, G., Hu, H. (2011). Effect of surfactant additives on nucleate pool boiling heat transfer of refrigerant-based nanofluid. Experimental Thermal and Fluid Science, 35(6), 960–970. doi:10.1016/J.EXPTHERMFLUSCI.2011.01.016
11. Trisaksri, V., Wongwises, S. (2009). Nucleate pool boiling heat transfer of TiO2–R141b nanofluids. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52(5–6), 1582–1588. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.07.041
12. Tazarv, S., Saffar-Avval, M., Khalvati, F., Mirzaee, E., Mansoori, Z. (2016). Experimental investigation of saturated flow boiling heat transfer to TiO2/R141b nanorefrigerant. Experimental Heat Transfer, 29(2), 188–204. doi:10.1080/08916152.2014.973976
13. Eid, E. I., Khalaf-Allah, R. A., Taher, S. H., Al-Nagdy, A. A. (2017). An experimental investigation of the effect of the addition of nano Aluminum oxide on pool boiling of refrigerant 134A. Heat and Mass Transfer, 53(8), 2597–2607. doi:j.ijheatmasstransfer.2018.03.046
14. Chang, T.-B., Wang, Z.-L. (2016). Experimental investigation into effects of ultrasonic vibration on pool boiling heat transfer performance of horizontal low-finned U-tube in TiO2/R141b nanofluid. Heat and Mass Transfer, 52(11), 2381–2390. doi:10.1007/s0023
15. Diao, Y. H., Li, C. Z., Zhao, Y. H., Liu, Y. et Wang, S. (2015). Experimental investigation on the pool boiling characteristics and critical heat flux of Cu-R141b nanorefrigerant under atmospheric pressure. International Journal of Heat and Mass Transfer, 89, 110–115. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.05.043
16. You, S. M., Kim, J. H., Kim, K. H. (2003). Effect of nanoparticles on critical heat flux of water in pool boiling heat transfer. Applied physics letters, 83(16), 3374–3376. doi:10.1063/1.1619206
17. Vassallo, P., Kumar, R., D’Amico, S. (2004). Pool boiling heat transfer experiments in silica–water nano-fluids. International Journal of Heat and Mass Transfer, 47(2), 407–411. doi:10.1016/S0017-9310(03)00361-2
18. Kwark, S. M., Kumar, R., Moreno, G., Yoo, J., You, S. M. (2010). Pool boiling characteristics of low concentration nanofluids. International Journal of Heat and Mass Transfer, 53(5–6), 972–981. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.11.018
19. Das, S. K., Putra, N., Roetzel, W. (2003a). Pool boiling characteristics of nano-fluids. International journal of heat and mass transfer, 46(5), 851–862. doi:10.1016/S0017-9310(02)00348-4
20. Das, S. K., Putra, N., Roetzel, W. (2003b). Pool boiling of nano-fluids on horizontal narrow tubes. International Journal of Multiphase Flow, 29(8), 1237–1247. doi:10.1016/S0301-9322(03)00105-8
21. Bang, I. C., Chang, S. H. (2005). Boiling heat transfer performance and phenomena of Al2O3–water nano-fluids from a plain surface in a pool. International Journal of Heat and Mass Transfer, 48(12), 2407–2419. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2004.12.047
22. Kim, S. J., Bang, I. C., Buongiorno, J., Hu, L. W. (2007). Surface wettability change during pool boiling of nanofluids and its effect on critical heat flux. International Journal of Heat and Mass Transfer, 50(19–20), 4105–4116. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.02.002
23. Liu, Z., Liao, L. (2008). Sorption and agglutination phenomenon of nanofluids on a plain heating surface during pool boiling. International Journal of Heat and Mass Transfer, 51(9–10), 2593–2602. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.11.050
24. Nikulin, A., Khliyeva, O., Lukianov, N., Zhelezny, V., Semenyuk, Y. (2018). Study of pool boiling process for the refrigerant R11, isopropanol and isopropanol/Al 2 O 3 nanofluid. International Journal of Heat and Mass Transfer, 118, 746–757. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.11.008
25. Attinger, D., Frankiewicz, C., Betz, A. R., Schutzius, T. M., Ganguly, R., Das, A., … Megaridis, C. M. (2014). Surface engineering for phase change heat transfer: A review. MRS Energy & Sustainability, 1.
26. Gogonin, I.I. (2010). Influence of contact angle of wetting on heat transfer at boiling. Thermophysics and Aeromechanics, 17 (2), 261–267 (in Russian).
27. Takata, Y., Hidaka, S., Cao, J. M., Nakamura, T., Yamamoto, H., Masuda, M., Ito, T. (2005). Effect of surface wettability on boiling and evaporation. Energy, 30(2–4), 209–220.
28. Deendarlianto, T. Y., Hidaka, S., Kohno, M. (2008). The effect of contact angle on evaporation of water droplet on a heated solid surface. Fifth international conference on transport phenomena in multiphase systems. Bialystok, Poland. 59–64.
29. Khliyeva, O., Lukianova, T., Semenyuk, Y., Zhelezny, V., Nikulin, A. (2018). An experimental study of the effect of nanoparticle additives to the refrigerant R141b on the pool boiling process. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8/94), 59–66. doi:10.15587/1729-4061.2018.139418
30. Lemmon, E. W., Huber, M. L., McLinden, M. O. (2007). NIST Standard Reference Database 23: Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP, Version 8.0, National Institute of Standards and Technology, Standard Reference Data Program, Gaithersburg.
31. Taylor, B. N., Kuyatt, C. (1994). Guidelines for Evaluating and Expressing the Uncertainty of NIST Measurement Results 1994 Edition.

Найчастіше прочитані статті того самого автора (ів)