SCHOOL OF MECHANICAL ENGINEERING SEMINAR Monday, July 16, 2012 at 15:00 Wolfson Building of Mechanical Engineering, Room 206

M.Sc. student of Prof. Amos Ullmann and Prof. Neima Brauner

School of Mechanical Engineering, Tel-Aviv University

Boiling heat transfer is common in various industrial applications, including mini and microelectronic systems, where high heat transfer rates are required. However, the heat transfer efficiency is deteriorated when the bubble size is of the order as the channel diameter. In such cases, earlier dry out occur, causing a significant drop in heat transfer rates, below the rates obtained in single phase liquid flow.

To overcome the above limitations, the possibility of using phase transition of liquid-liquid systems, instead of phase change in vapor-liquid systems was tested. The liquid system used is partially miscible solvent system, with a Critical Solution Temperature (CST). Such a system can alter from a state of a single liquid phase, to a state of two separated liquid phases, by a small temperature change. The heat transfer enhancement during phase separation is such systems has been recently investigated in our research group. It was found that phase separation can enhance significantly the forced convection heat transfer in small diameter pipes (up to 200%). The heat transfer augmentation was attributed mainly to the self-propulsion of droplets and the resulting mixing, which are driven by Korteweg capillary forces during the non-equilibrium stages of phase separation. The free convection from the outer surface of the pipe was also studied and found to be enhanced. The augmentation in this case was attributed mainly to the larger density difference of the separating phases, as compared to single phase free convention for the same temperature difference.

In the present study we use a two-component system with almost identical densities, in order to confirm the findings that convective heat transfer rates in pipe flow are enhanced also in practically zero gravity systems. The obtained results basically confirm our previous finding that the lateral droplet motion, and the associated near wall mixing, is not due to buoyant forces. The dimensionless groups that represent the quenching depth and the quenching rate are used to derive an empirical correlation for the augmentation factor.

The equal density solvent system is also used to explore the free convection heat transfer phenomena from a vertical plate during phase separation. Unexpectedly, here too, enhanced heat transfer rates are found compared to single phase free convention for the same temperature difference. Visualization of the flow field during the phase separation enables to associate the heat transfer augmentation to the observed flow phenomena.

ר ל לאו ר יע ן וד" ס אולמ ' עמו ל פרופ ם ש י בהנחיית ר שנ ת לתוא סטודנטי

ב ל אבי ת ת , אוניברסיט ה מכנית ר להנדס ת הספ בי

ל נוה ש חד ל ש ד המשר ת להגנ ה הסביב ר מגדי ו מה ע מפג ח רי ם הנגר ה כתוצא ת מפליטו ל ש ם גזי אנאורגניים. ה ההגדר ת מחייב ם דיגו ל ש ר האווי י הריחנ במקור, ע ביצו ת מדידו ת אולפקטומטריו ה במעבד)ם בהתא ל - EN 13725,(ת והזנ י ערכ ת פליט ח הרי ך לתו ל מוד ר פיזו) AERMOD(ם לש ת קביע י ריכוז ח רי ם מירביי ם בתחו ה ההשפע ל ש המקור. ק החל ן הראשו ל ש ה העבוד ן ד ם באספקטי ם מתודולוגי ל ש ם דיגו ה ואנליז אולפקטומטרית, ך מתו ה מטר ך להערי ת א ת מיד י א ת הוודאו ת הקיימ ת במדידו ה אל ת והמשמעו ש שי ך לכ ת בהזנ ם הנתוני ל למוד פיזור. ק חל ה ז כול ה בחינ ת שיטתי ל ש ת השפע ת ריחו ע רק ם שמקור ת בשקיו הדיגום, ת השפע ך מש ן אחסו ה הדוגמ ת והשפע ת חשיפ ת השקי ת לריחו ה סביב ר באזו הדיגום. ל במקבי ו בוצע ם דיגומי ת בעזר ב סי ח סופ ה ואנליז ת באמצעוGC-MS י בכד ת לזהו י מרכיב ח רי ם ספציפיי י בעל ה השפע ל ע המדידה. ר לאח ה שהיי ל ש ר אווי י נק ת בשקיו ג מסו טדלר, ו נמצא י ערכ ע רק ח בטוו ל שOU/m3 air 75-317 ת ובשקיו ן נאלופ ח בטוו ל שOU/m3 air 36-43 .ר כאש ה בוצע ה שטיפ ת מוקדמ ל ש ת השקיו ר באווי נקי, י ערכ ע הרק ר בטדל ו ירד ל - OU/m3 air 25-29 ן ובנאלופ ל - OU/m3 air 19-26 .ת השפע ן אחסו ה הדוגמ ה היית ה שונ ר ממקו ח רי ד אח ר לאח ר עבו י שנ י סוג השקיות. ו נמצא ם הבדלי ר בפקטו ל ש0.3-9 ן בי י ריכוז ח הרי ו שהתקבל ה באנליז ת מיידי ן לבי ה אנליז ה שבוצע ר לאח ן אחסו ה הדוגמ ך למש24 שעות. ק החל י השנ ל ש ה העבוד ק עוס ה בהשווא ן בי ר פיזו ח הרי ל המתקב ת ממדידו ת אולפקטומטריו ן לבי ה גיש ת חלופי ת המתבסס ל ע ת פליטו תיאורתיות ל ש ן מימ י גופר) H2S(ן כסמ י כימ ח לרי י מכונ טיהור. מט"ש ה עפול ר נבח ל כמוד ה לעבוד זאת. ה בוצע ת סדר ת פעולו ם דיגו ה שכלל ת א ל כ ת יחידו ל הטיפו במכון. ם דיגו ר האווי י מפנ ל הנוז ע בוצ ת באמצעו ן פעמו) flux chamber(ה בספיק ת מוגדר ל א ך תו ת שקיו ם דיגו ו שהובא ה לאנליז ה במעבד אולפקטומטרית. במקביל, ה בוצע ה סימולצי ל ש ת הפליטו ן מהמכו ת באמצעו ת תוכנWater-9 ,ך תו ת הזנ י נתונ ספיקה, ז ריכו ה - H2S ם בשפכי ה בכניס ן למכו, pH וטמפרטורה. ף שט ת הפליטו ל שהתקב ל בכ ת אח ן מ ת הגישו ן הוז ל - AERMOD ו ובוצע ת הרצו ת לקבל ם ריכוזי ם מירביי ל ש ח רי ל ושH2S ר עבו98% ן מהזמ)ש כמתבק ל ע י פ התקן. (ת ההרצו ו בוצע ר עבו ו תרומת ל ש ל כ ן המכו ף כגו ד אח ה ותרומת ל ש ל כ ת יחיד ל טיפו בנפרד. א נמצ י כ ף שט ת הפליטו ל שH2S ן מהמכו ו כול ע מגי ל - g/ s162,000 הבהשוואל- OU/s 110,800 .הבהנחףשסחהרילשH2S אהוכ- ppb 1 ( air ug/m31.42 - ךערלמקובבספרות, (תמתקבלותפליטוחריתדומותבאמצעוישתהגישות. אולם, תלמרויששתתהגישותמציגוהתמונהדומרעבותעוצמוחהריתהחזויוןמהמכוכולו, לבכהגישתמתקבלהתרומתיחסיהשונלשקחלתמיחידוהטיפול. ןייתכןוניתהיהיבלשלתאישתתהגישותבהערכתפליטוחהריממט"שים.

Enhancement of forced and free convection heat transfer rates during spinodal decomposition of equal-density binary liquid system

Konstantin Maevski