Su damlası yoğunlaşmasını hızlandıracak polimerik yüzeylerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of polymeric surfaces to enhance water drop condensation
Yazar: İKRİME ORKAN UÇAR
Danışman: PROF. DR. H. YILDIRIM ERBİL
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Buhar difüzyonu = Vapor diffusion ; Damlacık yoğuşması = Dropwise condensation ; Difüzyon denklemi = Diffusion equation ; Polimer film = Polymeric film ; Polimer kaplama = Polymer coating ; Polimerler = Polymers ; Temas açısı = Contact angle ; Yoğuşma = Condensation ; Yüzey pürüzlülüğü = Surface roughness ; Çiğ noktası = Dew point

Özet:
Polimer yüzeyler üzerinde meydana gelen damla tipi kondensasyon, hem ısı transferi esnasında sağladığı yüksek verimlilikten hem de atmosferde mevcut nemden su üretme çalışmalarında alternatif metot olarak büyük ilgi toplamaktadır. Tez çalışmasının amacı atmosferik ortamda çiğlenme noktasının hemen altındaki sıcaklıkta su damlası yoğunlaşmasını hızlandıracak polimerik yüzeylerin sentezi, karakterize edilmesi ve bu koşullarda yüzey özelliklerinin damla kondensasyonu hızına olan etkisinin incelenmesidir.Bu kapsamda, atmosferik ortamda, çiğlenme sıcaklığının hemen altında yapılan denemelerde, poliolefin polimer yüzeylerin pürüzlülüğündeki artışın başlangıç temas açısı ve temas açısı karmaşasını arttırdığı tespit edilmiştir. Buna bağlı olarak bu yüzeyler üzerinde kondense olan su damlalarının çekirdeklenme esnasındaki birim alan başına düşen sayılarının da arttığı saptanmıştır. Diğer taraftan, bu damlaların su buharının difüzyonuyla büyüdüğü aşamalarda, yüzey pürüzlülüğündeki artışın, damlacıkların toplam hacmi (su damlacıklarının büyüme hızını) ve yüzey kaplama oranını arttırdığı saptanmıştır. Ayrıca bu polimer yüzeyler üzerinde diğer damlalardan izole olarak büyüyen damlaların çapının, literatürde daha önce rapor edildiği şekilde zamanın 1/3'cü kuvvetiyle büyüdükleri doğrulanmıştır.Öte yandan, difüzyon kontrollü damla buharlaşması için türetilen denklemlerin, polimer yüzeyler üzerinde çiğlenme koşullarında tek bir damlacığın yoğunlaşma hızı için başarılı bir şekilde kullanılabildiği ilk kez gösterilmiştir. Tek bir izole damlanın yoğunlaşma hızının polimer yüzeylerin pürüzlülüğü, başlangıç temas açısı ve temas açısı karmaşasının artışı ile azaldığı tespit edilmiştir. Etrafı diğer damlalar tarafından çevrilmiş tek bir damlanın büyüme hızının ise, diğer damlalardan izole olarak büyüyen tek bir damlanın büyüme hızından %14-40 daha düşük olduğu tespit edilmiştir. Bunun nedeni komşu damlaların yatay buhar difüzyonunu engellemesidir.

Abstract:
Dropwise condensation which occurs on polymer surfaces has been aroused great interest for both its high efficiency for the heat transfer process and also introducing an alternative method for harvesting water directly from the humidity present in the atmosphere. The aim of this thesis is the synthesis and characterization of polymeric surfaces to enhance water drop condensation in atmospheric conditions at a temperature just below the dew point and also investigation of the effect of surface properties on dropwise condensation rate.Within this scope, in ambient conditions at a temperature just below the dew point, it was determined that an increase in surface roughness and corresponding initial contact angle and contact angle hysteresis of polyolefin polymer surfaces results an increase in initial number of the condensed droplets per unit area during nucleation stage. In addition, the total volume of condensed water (growth rate of water droplets) and surface coverage for the growth stage by diffusion increased with surface roughness. Moreover, it was confirmed that drop radius of condensed isolated droplets on these polymer surfaces grow according to a power law with exponent (1/3) of time similar to the literature reports.On the other hand, it was found for the first time that the diffusion based drop evaporation equations can be used successfully to estimate the rate of drop growth of a single droplet which condensed on a polymer surface just below the dew point temperature. It was determined that the condensation rate of a single isolated droplet decreased with the increase of surface roughness and corresponding initial contact angle and contact angle hysteresis. Growth rate of a single droplet which was surrounded by other droplets was found %14-40 lower than that of a single isolated droplet because of barrier effect to lateral vapor diffusion.