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系統識別號 U0002-1108200920133500
中文論文名稱 銀奈米流體可視化池沸騰之研究
英文論文名稱 Visualization of Pool Boiling Experiments with Silver-Nanofluids
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生中文姓名 黃俊顏
研究生英文姓名 Chun-Yen Huang
學號 696370088
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-07-24
論文頁數 56頁
口試委員 指導教授-康尚文
委員-陳炳煇
委員-楊建裕
委員-陳增源
委員-楊龍杰
中文關鍵字 沸騰  池沸騰  奈米流體 
英文關鍵字 Boiling  Pool boiling  Nanofluid 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究為探討奈米流體對於池沸騰熱傳的影響。本實驗於一大氣壓下,使用外徑0.2mm、長度56mm的鎳鉻電熱絲作為加熱器;純水與五種濃度的銀奈米流體(10ppm~50ppm)作為工作流體。銀奈米流體使用平均粒徑30nm的銀奈米顆粒並以超音波震盪的方式分散於純水之中。
本實驗以臨界熱通量(CHF)為探討指標,並繪製沸騰曲線比較銀奈米流體與純水的沸騰熱傳特性。實驗結果顯示銀奈米流體的臨界熱通量(CHF)平均為純水的2.2倍(約95%~159%的提升)。實驗過程使用高速攝影的方式拍攝,證實銀奈米流體具有較佳的表面沾溼性且銀奈米顆粒沉積之孔隙層(porous layer)亦有助表面沾濕性的改善。實驗後使用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察電熱絲表面,發現有奈米顆粒沉積的情形;並使用能量散佈光譜儀(EDS)確認沉積顆粒的成分為銀。本文最後分析銀奈米顆粒沉積於加熱表面之成因與影響;並分析奈米流體提升熱管效能的主要機制為表面沾濕性變佳。
英文摘要 An experiment was performed at atmospheric pressure to investigate the critical heat flux (CHF) characteristic of 10ppm, 20ppm, 30ppm, 40ppm and 50ppm water-based silver nanofluids. The NiCr wire heater used in this study has an outer diameter of 0.2 mm with a length of 56 mm, and the mean diameter of silver nanoparticles is 30nm.
The experiment was performed to measure the heat flux and the difference between the wire temperature and the saturation temperature, then plot the boiling curves. The results show that the CHFs of silver nanofluids are enhanced over that of pure water by 95% ~159%. SEM and EDS analysis of the wire surface reveal that a porous layer of nanoparticles are built up on the wire surface during boiling. This layer significantly improves the surface wettability on the nanofluid-boiled wire compared with the pure-water-boiled surfaces.
論文目次 目錄
誌謝 I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
符號說明 IX
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機與目的 10
第二章 沸騰簡介 11
2.1 基本沸騰模式 11
2.2 臨界熱通量 12
2.3 成核理論 13
2.4 表面參數的影響 14
2.4.1 表面粗糙度 14
2.4.2 表面沾溼性 14
第三章 實驗設備與方法 15
3.1 可視化沸騰裝置結構 15
3.2 測試項目 17
3.3 實驗流程 17
3.3.1 設備架設 18
3.3.2 燒杯清潔 20
3.3.3 工作流體準備 20
3.4 實驗步驟 21
3.5 溫度量測 22
3.5.1 熱電偶線位置 22
3.5.2 溫度校正 22
3.5.3 電熱絲溫度量測 23
第四章 實驗結果與討論 25
4.1 臨界熱通量與沸騰曲線 25
4.2 池沸騰可視化 29
4.3 奈米顆粒沉積探討 37
4.4 奈米流體應用於熱管 39
第五章 結論與未來建議 40
5.1 總結 40
5.2 未來建議 41
參考文獻 42
附錄一 沸騰實驗數據 44
附錄二 不準度分析 56

圖目錄
圖1.1 NUKIYAMA沸騰曲線 2
圖1.2不同濃度奈米流體之沸騰曲線 3
圖1.3不同粗糙度加熱表面之沸騰曲線 3
圖1.4二氧化矽奈米流體之沸騰曲線 4
圖1.5二氧化鈦與三氧化二鋁奈米流體CHF比較 5
圖1.6純水與不同奈米流體CHF比較 6
圖1.7純水與不同奈米流體之沸騰曲線比較 7
圖1.8同瓦數下純水與奈米流體比較 7
圖1.9奈米顆粒沉積而成之孔隙層 7
圖1.10接觸角的改變 8
圖1.11三氧化二鋁奈米流體CHF 9
圖1.12三氧化二鋁奈米流體沸騰後接觸角變化 9
圖1.13二氧化鉍奈米流體沸騰後接觸角變化 10
圖2.1基本沸騰模式 11
圖2.2沸騰曲線 12
圖2.3過熱表面成核過程 13
圖2.4表面沾溼性 14
圖3.1可視化沸騰裝置爆炸圖 16
圖3.2預熱平台設計圖 16
圖3.3實驗流程圖 17
圖3.4測試設備示意圖 19
圖3.5本實驗使用之各濃度奈米流體 20
圖3.6熱電偶線位置 22
圖3.7電阻-溫度關係曲線 24
圖4.1臨界熱通量比較 26
圖4.2沸騰曲線圖 28
圖4.3各熱通量下純水與銀奈米流體沸騰情形比較 29
圖4.4各熱通量下純水與銀奈米流體沸騰情形比較 30
圖4.5銀奈米顆粒沉積於電熱絲表面之SEM圖(1000倍) 31
圖4.6銀奈米顆粒沉積於電熱絲表面之高倍數SEM圖 32
圖4.7鎳鉻電熱絲沸騰前後表面EDS分析結果 33
圖4.8最大液膜厚度示意圖 34
圖4.9奈米顆粒沉積之液膜厚度示意圖 35
圖4.10各熱通量下純水中沸騰情形比較圖 36
圖4.11電磁爐加熱裝置圖 37
圖4.12玻璃燒杯底部奈米顆粒沉積情形 38
圖4.13鋼杯底部奈米顆粒沉積情形 38
圖4.14銀奈米顆粒沉積溝槽式熱管蒸發端情形 39

表目錄
表1.1常見固體與流體之熱傳導係數 1
參考文獻 參考文獻
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