1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 1, 2024

Теплоэнергетика, 2024, № 1, стр. 99-108

Простой способ увеличения критического теплового потока при кипении

А. В. Дедов a, М. Д. Филиппов a, *

a Национальный исследовательский университет “Московский энергетический институт”
111250 Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Россия

* E-mail: filippovmd@mpei.ru

Поступила в редакцию 14.07.2023
После доработки 22.08.2023
Принята к публикации 30.08.2023

Аннотация

Работа посвящена исследованию возможности увеличения критического теплового потока qкр при кипении за счет использования поверхностей, состоящих из участков с разной теплопроводностью. Представлены результаты экспериментов по исследованию теплообмена при кипении насыщенной диэлектрической жидкости метоксинонафторбутан (Novec 7100) в большом объеме на биметаллических поверхностях. Исследования выполнены для биметаллических образцов, а также для образцов из меди и нержавеющей стали 08Х18Н10Т в диапазоне давлений 0.1–0.4 МПа. Приведено описание экспериментальной установки и используемых методик. Получены кривые кипения для каждого образца во всем представленном диапазоне давлений жидкости с шагом 0.1 МПа, приведены таблицы значений критического теплового потока. Показано влияние давления жидкости на относительное увеличение qкр для биметаллических образцов. Выполнено сравнение значений qкр, полученных на всех образцах, показано увеличение qкр на биметаллических поверхностях до 20%. Выполнен краткий обзор проведенных ранее исследований, представлены экспериментальные данные других авторов о теплообмене при кипении на поверхностях с модулированной теплопроводностью и при кипении Novec 7100, в том числе на образцах с модифицированной поверхностью теплообмена. Представлено сопоставление полученных результатов с немногочисленными данными других авторов. Выполнено численное моделирование температурного поля в биметаллическом образце, представлено распределение температуры по теплообменной поверхности. Причиной увеличения qкр является неизотермичность поверхности теплообмена, приводящая к регуляризации процесса кипения.

Ключевые слова: кипение, биметаллический образец, критический тепловой поток, кривая кипения, насыщенная жидкость, модифицированная поверхность теплообмена, модулированная теплопроводность

Список литературы

  1. Васильев Н.В., Зейгарник Ю.А., Ходаков К.А. Кипение при вынужденном течении недогретой жидкости как метод отвода высоких тепловых потоков (обзор). Ч. 2: Критические тепловые потоки, интенсификация теплоотдачи // Теплоэнергетика. 2022. № 5. С. 3–17. https://doi.org/10.1134/S0040363622050071

  2. Дедов А.В. Критические тепловые нагрузки при кипении в недогретом потоке // Теплоэнергетика. 2010. № 3. С. 2–8.

  3. Павленко А.Н., Жуков В.И., Швецов Д.А. Кризисные явления и интенсификация теплообмена при кипении и испарении в горизонтальных пленках жидкости (обзор) // Теплоэнергетика. 2022. № 11. С. 81–97. https://doi.org/10.56304/S0040363622110078

  4. Дедов А.В. Обзор современных методов интенсификации теплообмена при пузырьковом кипении // Теплоэнергетика. 2019. № 12. С. 18–54. https://doi.org/10.1134/S0040363619120014

  5. Володин О.А., Печеркин Н.И., Павленко А.Н. Интенсификация теплообмена при кипении и испарении жидкостей на модифицированных поверхностях // ТВТ. 2021. № 2. С. 280–312. https://doi.org/10.31857/S0040364421020149

  6. Rahman M.M., Pollack J., McCarthy M. Increasing boiling heat transfer using low conductivity materials // Sci. Rep. 2015. V. 5. No. 1. P. 1–11. https://doi.org/10.1038/srep13145

  7. Experimental investigation of pool boiling characteristics of surfactant solutions on bi-conductive surfaces / J. Yin, X. Xiao, L. Feng, Ke. Zhong, H. Ji // Int. J. Heat Mass Transfer. 2020. V. 157. No. 1. P. 119914. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119914

  8. Pool boiling heat transfer enhancement by bi-conductive surfaces / Z. Deng, X. Liu, S. Wu, C. Zhang // Int. J. Therm. Sci. 2021. V. 167. P. 107041. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2021.107041

  9. Simiao F., Wei T., Fei D. Nucleate pool boiling heat transfer enhancement in saturated Novec 7100 using titanium dioxide nanotube arrays // Int. Commun. Heat Mass Transfer. 2021. V. 122. P. 105166. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105166

  10. Genesis Mlakar, Cho-Ning Huang, Chirag Kharangate. Effects of surface modifications on pool boiling heat transfer with HFE-7100 // Int. J. Thermofluids. 2023. V. 17. No. 9. P. 100286. https://doi.org/10.1016/j.ijft.2023.100286

  11. Effect of copper foam thickness on pool boiling heat transfer of HFE-7100 / L.L. Manetti, A.S. Moita, R.R. de Souza, E.M. Cardoso // Int. J. Heat Mass Transfer. 2020. V. 152. No. 5. P. 119547. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119547

  12. Study of nucleate pool boiling heat transfer enhancement on surfaces modified by beam technologies / A.V. Dedov, I.A. Khaziev, D.A. Laharev, S.D. Fedorovich // Heat Transfer Eng. 2022. No. 43. P. 598–607. https://doi.org/10.1080/01457632.2021.1896834

  13. К теории кризиса пузырькового кипения в большом объеме / В.А. Григорьев, В.В. Клименко, Ю.М. Павлов, Е.В. Аметистов // Теплоэнергетика. 1978. № 2. С. 7–9.

  14. Bombardieri C., Manfletti C. Influence of wall material on nucleate pool boiling of liquid nitrogen // Int. J. Heat Mass Transfer. 2016. V. 94. P. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.10.049

  15. Stephan K., Abdelsalam M. Heat-transfer correlations for natural convection boiling // Int. J. Heat Mass Transfer. 1980. V. 23. No. 1. P. 73–87. https://doi.org/10.1016/0017-9310(80)90140-4

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал