[[alternative]]Visualization of pool boiling experiments with silver-nanofluids

碩士[[abstract]]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。[[abstract]]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.[[tableofcontents]]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[[note]]學號: 696370088, 學年度: 9