Deutsch
Francais
Nederlands
Svenska
Norsk
Dansk
Suomi
Espanol
Italiano
Portugues
Magyar
Polski
Cestina
Русский
De analyse van warmteoverdracht bij het koken van verdunde emulsies in microkanalen toont aan dat de nauwkeurigheid van voorspellingen sterk afhangt van de juiste keuze van niet-dimensionale getallen in de correlaties. Experimenten laten zien dat het opnemen van de laatste twee niet-dimensionale parameters in de basisvergelijking onmisbaar is om het effect van latente warmtecomponenten van de gedispergeerde fase adequaat te modelleren. Het blijkt echter onduidelijk of het kookgetal (boiling number) daadwerkelijk het beste parameter is om de invloed van deze latente warmte te karakteriseren. Mogelijk is de verhouding van de totale voelbare warmte van de continue component tot de latente warmte van de gedispergeerde component een geschikter niet-dimensionaal getal.
Wanneer deze verhouding wordt toegepast, bieden de resulterende correlaties een significante verbetering in de voorspellende nauwkeurigheid, met meer dan 80% van de experimentele data binnen ±15% van de voorspelde waarde. Correlaties die het kookgetal niet adequaat benutten, vertonen een veel grotere spreiding en hogere gemiddelde fouten, soms oplopend tot 77%. De resultaten bevestigen hiermee dat het kookgetal beter geschikt is om zowel de warmteoverdrachtscoëfficiënt als de verhouding tussen emulsie- en waterwarmteoverdrachtscoëfficiënten te voorspellen.
Opmerkelijk is de geringe invloed van het volumefractiebereik van de gedispergeerde fase (ε) in sommige formuleringen, aangezien de exponenten van ε in verschillende correlaties dicht bij nul liggen. Dit zou kunnen impliceren dat ε mogelijk overbodig is in de correlaties. Toch tonen p-waardes uit de statistische analyse aan dat ε een sterke correlatie met de experimentele data vertoont, wat erop duidt dat de huidige vorm waarin ε is opgenomen mogelijk niet correct is. Het negeren van ε leidt tot een lichte verslechtering in de voorspellingskwaliteit, wat suggereert dat ε een belangrijke rol speelt, vooral bij lage concentraties van de gedispergeerde fase.
Het experimentele gedrag van ε wijst op een sterke invloed bij lage waarden, die asymptotisch afneemt naarmate ε groter wordt. Deze trend sluit aan bij een inverse relatie, bijvoorbeeld in de vorm van 1/(1+ε), waarbij de invloed van ε naar nul gaat wanneer ε tegen nul nadert. Door deze formulering in de correlaties op te nemen, verbeteren de voorspellingsresultaten aanzienlijk, met bijna 96% van de meetwaarden binnen ±10% van de voorspellingen. Dit onderstreept de noodzaak om het effect van ε juist te modelleren om het warmteoverdrachtsproces accuraat te beschrijven.
De uiteindelijke correlaties, waarin zowel het kookgetal als de aangepaste vorm van ε zijn geïntegreerd, tonen een sterke consistentie met de experimentele waarnemingen. Zij bieden een solide basis voor het voorspellen van warmteoverdracht in verdunde emulsies onder dynamische stromingsomstandigheden binnen microkanalen. Het inzicht in de subtiele rol van ε en de validatie van de kookgetalparameter dragen bij aan een beter begrip van de fysische mechanismen die ten grondslag liggen aan de warmteoverdracht in dergelijke systemen.
Voor een diepgaander begrip van deze processen is het van belang de complexiteit van de interacties tussen voelbare en latente warmtecomponenten te waarderen. De niet-lineaire invloed van de volumefracties, de dynamiek van bubbelvorming en de specifieke eigenschappen van de gedispergeerde en continue fasen spelen een cruciale rol. Bovendien dienen experimentele onzekerheden en statistische validaties zorgvuldig te worden meegenomen bij het opstellen van voorspellende modellen. Alleen door het combineren van theoretische inzichten met nauwkeurige experimentele data kan een robuust en betrouwbaar model worden ontwikkeld dat toepasbaar is in praktische toepassingen zoals microkanalenkoeling en geavanceerde warmtetransportsystemen.
Hoe wordt porositeit gemeten en geanalyseerd tijdens het soldeerproces in vacuümovens?
Voorafgaand aan het soldeerproces wordt een mengsel met koperpoeder met behulp van een Iwata CM-B airbrush op het substraat gespoten bij een druk van 40 psig. Vervolgens worden de substraten gedurende een nacht onder atmosferische omstandigheden gelaten zodat het oplosmiddel MEK kan verdampen. Daarna vindt het solderen plaats in een vacuümoven met een druk van 0,01 mTorr, waarbij de temperatuur langzaam stijgt tot een maximum van 850 °C, volgens een specifiek temperatuur-tijd profiel.
De oppervlaktestructuur van het gesoldeerde koper wordt geanalyseerd met behulp van scanning elektronenmicroscopie (SEM). Hierbij worden verschillende vergrotingen toegepast om zowel de bovenkant als de zijkanten van het oppervlak te bestuderen. Het gewicht van het koperpoeder, de volumecoating en andere karakteristieken van de oppervlakken worden systematisch vastgelegd.
De porositeit wordt gemeten door de SEM-beelden om te zetten naar zwart-wit afbeeldingen waarbij zwarte pixels de holtes (voids) vertegenwoordigen en witte pixels het vaste materiaal. Deze methode veronderstelt dat de porositeit uniform is in de diepte, zodat oppervlaktemetingen representatief zijn voor het volume. De conversie gebeurt via een software die een grijswaarden-drempelwaarde bepaalt om pixels te classificeren. Soms leidt deze automatische classificatie tot foutieve interpretaties, waarbij vaste delen ten onrechte als holtes worden gezien. Dit komt doordat de software alleen het vlak bekijkt, terwijl de vaste structuur deels achter de waargenomen laag kan liggen. De gebruiker kan daarom handmatig de drempelwaarde aanpassen om een betere interpretatie te verkrijgen door het origineel en het geconverteerde beeld te vergelijken.
De SEM-beelden worden in 25 segmenten verdeeld om de porositeitsverdeling over het oppervlak te analyseren. Hierdoor worden verschillen in porositeit tussen bovenaanzichten en zijaanzichten zichtbaar, waarbij de gemiddelde porositeit per oppervlak wordt bepaald. Deze variatie benadrukt de complexiteit van poreuze structuren en de noodzaak van gedetailleerde analyse.
De metingen van temperatuur en druk van de stromende vloeistof vóór en na de testsectie worden uitgevoerd met type E thermokoppels en druktransducers. Het systeem bevat tevens een warmtewisselaar waar het dampvormige koelmiddel condenseert en terugkeert naar het reservoir, waardoor een gesloten kringloop ontstaat.
De temperatuurmetingen op het koperoppervlak worden geregistreerd zodra een thermisch evenwicht is bereikt. Hiervoor worden gedurende vijf seconden metingen genomen met een frequentie van 50 Hz, waarna het gemiddelde van 250 meetpunten wordt berekend. Gelijktijdig worden de voedingsspanning, stroomsterkte, oppervlakte en warmteverlies ingevoerd om het netto aangebrachte warmteflux en de warmteoverdrachtscoëfficiënt te bepalen.
De warmteoverdrachtscoëfficiënt wordt berekend met de formule:
waarbij de gemiddelde wandtemperatuur is en de gemiddelde vloeistoftemperatuur tussen inlaat en uitlaat. De onzekerheid in de verschillende gemeten en berekende parameters wordt bepaald door de wortel van de som van de kwadraten van de individuele onzekerheden, wat de precisie van de meetresultaten aangeeft.
De geometrie van het kanaal, waarlangs de warmte en vloeistofstroming plaatsvindt, wordt nauwkeurig vastgelegd met dimensies in alle drie ruimtelijke richtingen. De warmteflux wordt bepaald door de gemeten spanning en stroom te vermenigvuldigen en te delen door de oppervlakte, waarbij de onzekerheid voornamelijk afkomstig is van de meetnauwkeurigheid van spanning en stroom, aangezien de oppervlakte met een micrometer met verwaarloosbare onzekerheid is gemeten.
Belangrijk is te begrijpen dat het meten van porositeit via SEM en beeldverwerking niet zonder interpretatie is; het vergt inzicht in de beperkingen van tweedimensionale projecties van driedimensionale structuren. Tevens speelt de stabiliteit van het thermische systeem en de nauwkeurigheid van temperatuur- en drukmetingen een cruciale rol in het betrouwbaar karakteriseren van warmteoverdracht en porositeit. De combinatie van microscopische beeldanalyse en thermofysische metingen biedt een diepgaande kijk op de microstructuur en prestaties van gesoldeerde oppervlakken, wat essentieel is voor de optimalisatie van dergelijke processen.