1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплофизика высоких температур
  4. T. 61, № 3, 2023

Теплофизика высоких температур, 2023, T. 61, № 3, стр. 405-409

Инверсия кривой кипения на микроструктурированных пористых покрытиях

Д. А. Швецов 1, *, А. Н. Павленко 1, А. Е. Брестер 2, В. И. Жуков 1, 2

1 Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
Новосибирск, Россия

2 Новосибирский государственный технический университет
Новосибирск, Россия

* E-mail: shvetsov.kh301@ya.ru

Поступила в редакцию 15.09.2022
После доработки 30.11.2022
Принята к публикации 06.12.2022

Аннотация

В работе представлено экспериментальное исследование теплообмена при кипении в тонком горизонтальном слое жидкости на капиллярно-пористом покрытии. Образец покрытия из нержавеющей стали изготовлен с помощью аддитивной технологии 3D-печати методом селективного лазерного спекания. На покрытии наблюдалась инверсия кривой кипения, которая приводила к пятикратному снижению температурного напора по сравнению с поверхностью без покрытия. После 350 ч испытательного цикла значение плотности теплового потока, при котором возникала инверсия кривой кипения, уменьшалось в семь раз.

Список литературы

  1. Дедов А.В. Обзор современных методов интенсификации теплообмена при пузырьковом кипении // Теплоэнергетика. 2019. Т. 66. № 12. С. 18.

  2. Володин О.А., Печеркин Н.И., Павленко А.Н. Интенсификация теплообмена при кипении и испарении жидкостей на модифицированных поверхностях // ТВТ. 2021. Т. 59. № 2. С. 280.

  3. Васильев Н.В., Вараксин А.Ю., Зейгарник Ю.А., Ходаков К.А. Характеристики кипения воды, недогретой до температуры насыщения, на структурированных поверхностях // ТВТ. 2017. Т. 55. № 6. С. 712.

  4. Pecherkin N.I., Volodin O.A., Pavlenko A.N., Kataev A.I., Mironova I.B. Heat Transfer Enhancement Experiments in R21 Falling Film over a Bundle of MAO-coated Horizontal Tubes // Int. Commun. Heat Mass Transfer. 2021. V. 129. P. 105743.

  5. Попов И.А., Щелчков А.В., Гортышов Ю.Ф., Зубков Н.Н. Интенсификация теплоотдачи и критические тепловые потоки при кипении на поверхностях с микрооребрением // ТВТ. 2017. Т. 55. № 4. С. 537.

  6. Аксянов Р.А., Коханова Ю.С., Куимов Е.С., Лэй Р.А., Попов И.А. Обобщение экспериментальных данных по теплоотдаче и критическим тепловым потокам на микроструктурированных поверхностях при кипении различных жидкостей // Тепловые процессы в технике. 2020. Т. 12. № 7. С. 301.

  7. Volodin O.A., Pecherkin N.I., Pavlenko A.N., Zubkov N.N. Surface Microstructures for Boiling and Evaporation Enhancement in Falling Films of Low-viscosity Fluids // Int. J. Heat Mass Transfer. 2020. V. 155. P. 119722.

  8. Zabirov A., Kanin P., Vinogradov M., Sliva A., Dedov A., Fedorovich S., Yagov V. Influence of Carbon Coating and Oxide Layer on Film Boiling Regime // Mater. Today: Proc. 2018. V. 5. № 12. P. 26171.

  9. Molotova I., Zabirov A., Yagov V., Vinogradov M., Kanin P., Molotov I., Antonov N. Influence of Coolant and Material Properties on Cooling High-temperature Steel Spheres in Subcooled Ethanol-water Mixtures // Int. J. Therm. Sci. 2022. V. 179. P. 107659.

  10. Павленко А.Н., Цой А.Н., Суртаев А.С., Кузнецов Д.В., Калита В.И., Комлев Д.И., Иванников А.Ю., Радюк А.А. Экспериментальное исследование повторного смачивания перегретой пластины со структурированным капиллярно-пористым покрытием стекающей пленкой жидкости // ТВТ. 2018. Т. 56. № 3. С. 424.

  11. Starodubtseva I.P., Kuznetsov D.V., Pavlenko A.N. Experiments and Modeling on Cryogenic Quenching Enhancement by the Structured Capillary-porous Coatings of Surface // Int. J. Heat Mass Transfer. 2021. V. 176. P. 121388.

  12. Jaikumar A., Kandlikar S.G. Pool Boiling Inversion Through Bubble Induced Macroconvection // Appl. Phys. Lett. 2017. V. 110. № 9. P. 094107.

  13. Pavlenko A.N., Lel. V.V. Heat Transfer and Crisis Phenomena in Falling Films of Cryogenic Liquid // Russ. J. Eng. Therm. 1997. V. 7. № 3–4. P. 177.

  14. Cieśliński J.T. Nucleate Pool Boiling on Porous Metallic Coatings // Exp. Therm. Fluid Sci. 2002. V. 25. № 7. P. 557.

  15. Jaikumar A., Kandlikar S.G. Ultra-high Pool Boiling Performance and Effect of Channel Width with Selectively Coated Open Microchannels // Int. J. Heat Mass Transfer. 2016. V. 95. P. 795.

  16. Hai F., Zhu W., Liang S., Yang X., Deng Y. Enhanced Pool Boiling Performance of Microchannel Patterned Surface with Extremely Low Wall Superheat Through Capillary Feeding of Liquid // Nanoscale Microscale Thermophys. Eng. 2020. V. 24. № 2. P. 66.

  17. Li J., Zhu G., Kang D., Fu W., Zhao Y., Miljkovic N. Endoscopic Visualization of Contact Line Dynamics During Pool Boiling on Capillary-activated Copper Microchannels // Adv. Funct. Mater. 2021. V. 31. № 4. P. 2006249.

  18. Rahman M.M., McCarthy M. Effect of Length Scales on the Boiling Enhancement of Structured Copper Surfaces // J. Heat Transfer. 2017. V. 139. № 11. P. 111508.

  19. Kruse C., Tsubaki A., Zuhlke C., Anderson T., Alexander D., Gogos G., Ndao S. Secondary Pool Boiling Effects // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 108. № 5. P. 827.

  20. Song Y., Díaz-Marín C.D., Zhang L., Cha H., Zhao Y., Wang E.N. Three-tier Hierarchical Structures for Extreme Pool Boiling Heat Transfer Performance // Adv. Mater. 2022. V. 34. № 32. P. 2200899.

  21. Малышенко С.П., Андрианов А.Б. О начальном участке кривой кипения на поверхностях с пористыми покрытиями и гистерезисе закипания // ТВТ. 1987. Т. 25. № 3. С. 563.

  22. Васильев Л.Л., Журавлев А.С., Овсянник А.В., Новиков М.Н., Васильев Л.Л. Теплоотдача при кипении сжиженного пропана в капиллярно-пористых структурах // Вести НАН Беларуси. 2002. № 4. С. 114.

  23. Poniewski M.E. Peculiarities of Boiling Heat Transfer on Capillary-porous Coverings // Int. J. Therm. Sci. 2004. V. 43. № 5. P. 431.

  24. Wang Y.Q., Luo J.L., Heng Y., Mo D.C., Lyu S.S. Wettability Modification to Further Enhance the Pool Boiling Performance of the Micro Nano Bi-porous Copper Surface Structure // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 119. P. 333.

  25. Costa-Greger J., Tsubaki A., Gerdes J., Anderson M., Zuhlke C., Alexander D., Shield J., Gogos G. Pool Boiling Inversion and Hysteresis with Femtosecond Laser Processed 304 Stainless Steel Surfaces for Heat Transfer Enhancement // 19th IEEE Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems (ITherm). IEEE. 2020. P. 298.

  26. Бессмельцев В.П., Павленко А.Н., Жуков В.И. Разработка технологии создания структурированных капиллярно-пористых покрытий методом 3D-печати для интенсификации теплообмена при кипении // Автометрия. 2019. Т. 55. № 6. С. 25.

  27. Zhukov V.I., Pavlenko A.N., Shvetsov D.A. The Effect of Pressure on Heat Transfer at Evaporation/Boiling in Horizontal Liquid LayErs of Various Heights on a Microstructured Surface Produced by 3D Laser Printing // Int. J. Heat Mass Transfer. 2020. V. 163. P. 120488.

  28. Зубченко А.С., Колосков М.М., Каширский Ю.В. и др. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. / Под ред. Зубченко А.С. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.

  29. Yaws C.L. Handbook of Thermodynamic and Physical Properties of Chemical Compounds. N.Y.: Knovel, 2003. P. 597.

  30. Zhukov V.I., Pavlenko A.N. Heat Transfer and Critical Phenomena During Evaporation and Boiling in a Thin Horizontal Liquid Layer at Low Pressures // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 117. P. 978.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплофизика высоких температур

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал