Loading...
Investigation of Dropwise Condensation on Nanostructured Superhydrophobic Surfaces using Molecular Dynamics Simulation
Alborzi, Saeed | 2018
688
Viewed
- Type of Document: M.Sc. Thesis
- Language: Farsi
- Document No: 50637 (08)
- University: Sharif University of Technology
- Department: Mechanical Engineering
- Advisor(s): Moosavi, Ali
- Abstract:
- Phase change processes have been used in heat transfer industries for decades. However, the heat transfer rate enhancement of the surfaces is still a challenging issue for the researchers. In this path, emerging nanostructured surfaces have shown great potentials. We demonstrate that using nanostructured surfaces in the condensation processes enhances the heat transfer behaviour of the fluid through interfacial contact area increase. In the present study molecular dynamics simulation have been employed to monitor the atomic behaviour of the system components at nanoscale. The argon liquid is considered as the working fluid and the copper surfaces as the phase change site. The effect of different nanostructures arrangement has been investigated by changing the number of pillars sitting on the condensation plate. As a result, increasing the contact area of the surface leads to faster energy transfer and lower temperature peaks. By plotting the number density distribution of argon atoms at different times of the simulation period, we obtain a better understanding of the system’s phase change process at the nanoscale. It is concluded that the size of nanostructures is not the larger the better, but the length of the grooves between them is also needed to be considered. Next, we raise the hot surface temperature in order to visualize the effect of explosive boiling on the process
- Keywords:
- Consolidation ; Molecular Dynamic Simulation ; Superhydrophobic Surfaces ; Dropwise Condensation ; Superhydrophobic Nanostructured Surfaces
- محتواي کتاب
- view
- چکیده
- فهرست مطالب
- فهرست جدولها
- فهرست شکلها
- فهرست علائم و اختصارات
- فصل 1: مقدمهای بر مبحث چگالش
- شکل 1-1 نمودار دسته بندی انواع مکانیسم های فرآیند چگالش.
- شکل 1-2 تصویر شماتیک انواع فرآیندهای چگالش (الف) چگالش همگن به دلیل افت فشار در یک نازل بخار (ب) چگالش ناهمگن حجمی (پ) چگالش ناهمگن بر روی سطح مایع (ت) چگالش فیلمی و (ث) چگالش قطره ای بر روی دیوارهی سرد. (ج) مقایسه ضریب انتقال حرارت در چگالش فیلمی و ...
- شکل 1-3 چرخه مراحل فرآیند چگالش قطره ای مربوط به بخار روی یک سطح سرد شیب دار [1].
- شکل 1-4 نمودار شماتیک نحوه بر هم کنش نیروهای وارد بر یک قطره روی سطح و زاویه تماس آن با سطح.
- شکل 1-5 حالت های مختلف قرارگیری قطره روی سطح زبر (الف) حالت وِنزل (ب) حالت کَسی-بَکستِر.
- فصل 2: مروری بر ادبیات
- فصل 2:
- شکل 2-2 سطوح ساخته شده و حالات مختلف قطرات روی ساختارهای مختلف. مقیاس شکل () 200 نانومتر، () 500 نانومتر، () 1 میکرومتر و () 10 میکرومتر. شکلهای سمت راست حالتهای مختلف قطرات را روی ساختاری شبیه () ولی با ضخامت ساختاری متفاوت نشان میدهد. ...
- شکل 2-3 حالات مختلف رشد قطره در سطوح هیبرید با ساختار متفاوت. در نمونه بالایی و وسطی (فاصلهی میکروساختارها برابر 25 و 5/37) طی چگالش قطرات مرتباً رشد می کنند که مطلوب نیست. در نمونه پایینی (فاصلهی میکروساختارها برابر 50) قطرات پس از ...
- شکل 2-4 ساختار یک نمونه از سطوح هیبرید. (الف) سطح هیبرید از نمای نزدیک و (ب) ساختار شیمیایی سطح هیبرید و محل مکان های آبگریز و آبدوست [8].
- شکل 2-5 مقایسهی شار حرارتی به ازای حالات مختلف یک قطره، محاسبهشده با استفاده از مدل [6].
- شکل 2-6 مراحل مختلف تشکیل قطرات، از مرحله ماقبل برخورد تا بعد از جدا شدن [7].
- شکل 2-7 عکسبرداری با میکروسکوپ الکترونی در طول زمان از چگالش فرا آبگریز. دوایر آبیرنگ مناطقی را نشان میدهند که قطرات در شرف جدا شدن هستند و دوایر قرمز نشاندهندهی مناطقی هستند که قطرات از سطح جدا شدهاند.
- شکل 2-8 عکسبرداری از ساختار سطح و مسیر پرش قطرات در چگالش فرا آبگریز [4].
- شکل 2-9 جدانمودن قطرات از سطح با استفاده از روش الکترووتینگ [3].
- شکل 2-10 مراحل مختلف انباشت اتمهای کندانس بر روی سطح سرد [2].
- شکل 2-11 انواع مکانیسمهای تشکیل قطرات در زیر یک سطح سرد [1].
- فصل 3: شبیهسازی دینامیک مولکولی
- فصل 3:
- فصل 4: اعتبارسنجی روش حل
- 4-1 مقدمه
- 4-2 روش شبیهسازی
- 4-3 مقایسهی نتایج
- شکل 4-2 نمای قرارگیری قطرهی آب بر روی سطح ساختاریافته پس از تعادل در حالات مختلف (الف) P1H1 (ب) P1H2 (پ) P1H3 (ت) P1H4 (ث) P1H5 (ج) P2H1 (چ) P2H2 (ح) P2H3 (خ) P2H4 (د) P2H5 (ذ) P3H1 (ر) P3H2 (ز) P3H3 (ژ) P3H4 (س) P3H5.
- شکل 4-2 نمای قرارگیری قطرهی آب بر روی سطح ساختاریافته پس از تعادل در حالات مختلف (الف) P1H1 (ب) P1H2 (پ) P1H3 (ت) P1H4 (ث) P1H5 (ج) P2H1 (چ) P2H2 (ح) P2H3 (خ) P2H4 (د) P2H5 (ذ) P3H1 (ر) P3H2 (ز) P3H3 (ژ) P3H4 (س) P3H5.
- شکل 4-2 نمای قرارگیری قطرهی آب بر روی سطح ساختاریافته پس از تعادل در حالات مختلف (الف) P1H1 (ب) P1H2 (پ) P1H3 (ت) P1H4 (ث) P1H5 (ج) P2H1 (چ) P2H2 (ح) P2H3 (خ) P2H4 (د) P2H5 (ذ) P3H1 (ر) P3H2 (ز) P3H3 (ژ) P3H4 (س) P3H5.
- فصل 4:
- شکل 4-2
- شکل 4-3 نمودار توزیع احتمال زاویه تماس در حالت (الف) P1 ، (ب) P2 و (پ) P3.
- شکل 4-4 مقایسه و صحت سنجی مقادیر زاویه تماس با مرجع [5] در سه حالت (الف) P1 ، (ب) P2 و (پ) P3.
- فصل 5: بررسی چگالش بر روی سطوح نانوساختار
- فصل 5:
- شکل 5-2 نمای جانبی از فرآیند تبخیر و چگالش اتم ها از سطح گرم (K 130) به سطح سرد (K 85) برای حالت (الف) سطح تخت، (ب) تکدندانه-2، (پ) چهاردندانه-3 و (ت) تکدندانه-4.
- شکل 5-3
- شکل 5-4 تغییرات دمای اتم های آرگون برای سطوح مختلف در دمای سطح گرم (K 130) و سطح سرد (K 85).
- شکل 5-5 تصویر حرکت اتم ها در فرآیند چگالش بر روی سطح تکدندانه-3 در زمان الف) شروع فرآیند، ب) 5/0 ، پ) 8/0 ، ت) 1 ، ث) 5/1 و ج) 5 نانوثانیه.
- شکل 5-6 نمودار چگالی تعداد بر حسب ارتفاع برای دمای سطح گرم (K 130) و سطح سرد (K 85) روی سطح (الف) تخت، (ب) تکدندانه-3، (پ) چهاردندانه-4 و (ت) تکدندانه-5.
- شکل 5-7 نمودار چگالی تعداد بر حسب ارتفاع برای دمای سطح گرم (K 130) و سطح سرد (K 85) روی سطح (الف) تکدندانه-1، (ب) تکدندانه-2، (پ) چهاردندانه-2 و (ت) چهاردندانه-3.
- شکل 5-8 نمودار تعداد اتم های آرگون مایع بر حسب زمان برای دمای سطح گرم (K 130) و سطح سرد (K 85) در حالتهای الف) تخت، تکدندانه-2 و تکدندانه-4 ب) تخت، تکدندانه-1 و تکدندانه-3 پ) تخت، تکدندانه-4 و تکدندانه-5 ت) تخت، تکدندانه-3 و تکدندانه-4.
- شکل 5-9 نمودار تعداد اتم های آرگون مایع بر حسب زمان برای دمای سطح گرم (K 130) و سطح سرد (K 85) در حالتهای الف) تخت، تکدندانه-2 و چهاردندانه-2 ب) تخت، تکدندانه-3 و چهاردندانه-3 پ) تخت، تکدندانه-4 و چهاردندانه-4 ت) چهاردندانه-2، چهاردندانه-3 و چ...
- شکل 5-10 نمودار تعداد اتم های آرگون مایع بر حسب زمان برای دمای سطح گرم (K 130) و سطح سرد (K 85) روی سطوح تکدندانه-3، تکدندانه-4 و چهاردندانه-3.
- شکل 5-11 تصویر مقطع x-z سطح نانوساختار پس از 5 نانوثانیه از شروع فرآیند الف) تکدندانه-1، ب) تکدندانه-3، پ) تکدندانه-5، ت) چهاردندانه-2، ث) چهاردندانه-3 و ج) چهاردندانه-4.
- شکل 5-12 نمای جانبی از فرآیند تبخیر و چگالش اتم ها از سطح گرم (K 300) به سطح سرد (K 85) برای سطح الف) تکدندانه-2 و ب) چهاردندانه-3.
- شکل 5-13 تغییرات دمای آرگون بر حسب زمان در حالت دمای سطح گرم (K 300) و دمای سطح سرد (K 85).
- شکل 5-14 نمودار تعداد اتم های آرگون مایع بر حسب زمان برای دمای سطح گرم (K 300) و سطح سرد (K 85) در حالتهای الف) تخت، تکدندانه-2 و تکدندانه-4 ب) تخت، تکدندانه-1 و تکدندانه-3 پ) تخت، تکدندانه-4 و تکدندانه-5 ت) تخت، تکدندانه-3 و تکدندانه-4.
- شکل 5-15 نمودار تعداد اتم های آرگون مایع بر حسب زمان برای دمای سطح گرم (K 300) و سطح سرد (K 85) در حالتهای الف) تخت، تکدندانه-2 و چهاردندانه-2 ب) تخت، تکدندانه-3 و چهاردندانه-3 پ) تخت، تکدندانه-4 و چهاردندانه-4 ت) چهاردندانه-2، چهاردندانه-3 و ...
- شکل 5-16 نمودار چگالی تعداد بر حسب ارتفاع برای دمای سطح گرم (K 300) و سطح سرد (K 85) در حالت سطح تخت.
- فصل 6: نتیجهگیری و ارائهی پیشنهادها
- مراجع
- مقاله
- ,ϕ,r.-ij.=4,ε-ij.,,,,,σ-ij.-r..-12.-,,,,σ-ij.-r..-6.. (1)
- The kinetic energy of heat source atoms is transferred to the liquid by conduction wall; thus, the argon atoms in the liquid film can leave their positions and scatter in the vapor region. In addition, the vapor atoms kinetic energy is transferred to...