ساخت نانوپوشش بر روی صفحات مسی به منظور بهبود انتقال حرارت در مبدلهای حرارتی صفحه ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشگاه‌صنعت نفت

2 گروه مهندسی شیمی ، دانشکده فنی مهندسی ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال ، تهران ، ایران

3 گروه مهندسی شیمی ، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران ، ایران

4 گروه پژوهشی مواد غیر فلزی ، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران

10.22078/pr.2023.5129.3272

چکیده

مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای به دلیل بالا بودن ضریب انتقال حرارت، به طور گسترده‌ در صنعت مورد استفاده می‌باشند. در این تحقیق، مطالعات تجربی بر روی صفحات شیاردار که به دلیل شیارهای روی سطح آن، میزان سطح انتقال حرارت و آشفتگی جریان بالانری دارند، صورت گرفته است. نانوفین‌های دندریتی روی صفحات مسی در یک میکروکانال مبدل حرارتی سنتز و بررسی اثر رفتار بر ضریب انتقال حرارت صورت گرفت. سنتز نانوفین‌های دندریتی با استفاده از یک سلول شیشه‌ای استاندارد دو الکترودی با الکترود گرافیت به عنوان الکترود مرجع بر روی شش صفحه شیاردار مسی به ابعاد cm6/4 در cm 6/4 در یک میکروکانال مبدل حرارتی صفحه‌ای به روش رسوب‌نشانی الکتریکی انجام شد. نانوفین‌های مسی دندریتی پوشش داده شده بر روی صفحات شیاردار از محلول الکترولیت متشکل از CuSO4 (0.6M), H2SO4 (0.4M) با شدت جریان A/cm22/1 تا A/cm2 8/4 در مدت زمان 300 ثانیه رسوب نشانی شدند. مشخصه‌یابی سطح پوشش داده شده با روش میکروسکوپ الکترونی روبشی FeSEM، و میزان چسبندگی این پوشش به سطح با روش طیف سنج جذب اتمی AAS، مورد بررسی قرار گرفت. میکروکانال مربوطه با امکان ورود دو سیال سرد و گرم، در یک سیستم با قابلیت بررسی میزان بهبود ضریب انتقال حرارت با اعمال پوشش‌های نانوفین‌های مسی نصب شد. در این سیستم آب به عنوان سیال چرخشی با دو ورودی به صورت گرم و سرد و دو خروجی به صورت گرم و سرد به صورت متقابل در میکروکانال انتخاب شد. دمای ورودی آب سرد°C 7 و دمای ورودی آب گرم در آزمایش‌های جداگانه برابر °C 45، °C 50 و °C 55 تنظیم شدند. ضریب انتقال حرارت در دو مرحله پیش از پوشش نانوفین‌های مسی و پس از اعمال پوشش اندازه‌گیری شد. اختلاف دمای اندازه‌گیری شده از °C 9/1 تا °C 8/4 اندازه‌گیری شد و افزایش ضریب انتقال حرارتی بین 40% تا 62% را نشان داده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Fabrication of nano coatings on copper plates to improve heat transfer in plate and frame heat exchangers

نویسندگان [English]

  • Alimorad Rashidi 1
  • Nazanin Abdi 2
  • mohamad Samipoorgiri 3
  • Ashkan Zolriasatein 4
1 Nanotechnology research center
2 Chemical Engineering Department, Faculty of Engineering, North Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran. Iran
3 Chemical Engineering Department of Engineering. North Tehran Branch. Islamic Azad University. Tehran. Iran
4 Non-metallic research group. Niroo Research Institute, Tehran, Iran
چکیده [English]

Plate heat exchangers are widely used in the industry due to their high heat transfer coefficient. In this research, experimental studies was carried out on corrugated plates, because the corrugations result in reducing the liquid turbulence to the counter current liquid flow and increasing heat transfer efficiency. Dendritic nanofins were synthesized on copper plates in a heat exchanger microchannel and the effect of the heat transfer coefficient behavior was investigated. Synthesis of dendritic nanofins performed by a standard two-electrode glass cell with a graphite electrode as a reference electrode on six corrugated copper plates with dimensions of 4.6 cm ×4.6 cm in a plate heat exchanger microchannel by electrodeposition method. The dendritic copper nanofin array grew on the copper plates from electrolyte solution consisting of CuSO4 (0.6M), H2SO4 (0.4M) and an increasing current starting from 1.2 to 4.8 A/cm2 in 300 seconds. Characterization of the coated surface was performed by FeSEM method, and the adhesion of this coating to the surface was investigated by AAS method. The microchannel designed with two hot and cold inlet fluids and it was installed in a system with the ability to check the improvement of the heat transfer coefficient by applying copper nanofins coatings. In this system, water was selected as a circulating fluid with two hot and cold inlets and two hot and cold outlets in the microchannel. The cold water inlet temperature was 7°C and the hot water inlet temperature was set at 45°C, 50°C and 55°C in separate experiments. The heat transfer coefficient was measured in two stages before coating with copper nanofins and after coating. The measured increase in heat transfer coefficient between 40% and 62% as a result.

کلیدواژه‌ها [English]

  • plate and frame heat exchangers
  • heat transfer coefficient
  • electrodeposition
  • surface modification
  • dendritic nanofins