ОСОБЕННОСТИ КИПЕНИЯ НА СТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

Автор: Дедов Алексей Викторович

Организация: Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва

Пожалуй, ни одна из задач теплообмена не может сравниться по числу проведенных исследований и имеющихся уравнений для расчета с задачей теплообмена при кипении. На рубеже столетий появились новые технические возможности, прежде всего связанные с модификацией поверхности. Использование т.н. наножидкостей и наноматериалов, фемтосекундного лазерного воздействия, плазменной и ионной обработки позволило получить значительное число новых результатов, обусловило всплеск соответствующих исследований. Традиционно, большая часть исследований выполнена для условий кипения при свободной конвекции, с целью установления основных влияющих факторов и отыскания общих закономерностей. Далее результаты переносятся на условия кипения в потоке и в испарительные каналы. Подробное рассмотрение методов интенсификации теплообмена при кипении выполнено в работе [1].

Преобладающим мнением о причинах интенсификации теплообмена и критических тепловых нагрузок (КТП) при кипении на структурированных поверхностях в зарубежной литературе является разделение путей притока жидкости к поверхности и отвода пара от нее, приводящее к увеличению гидродинамической устойчивости восходящего течения пара от поверхности в т.н. «колоннах». Происходит своеобразная регуляция движения потоков жидкости и пара, поддержка постоянно действующих центров парообразования. Ключевым фактором, обеспечивающим подобные условия, является созданная специально неизотермичность поверхности теплообмена.  Пример поверхности со структурой, обеспечивающей подобное разделение потоков, представлен на рисунке, заимствованным из работы [2]. 

В докладе выполнен обзор основных результатов, полученных в области интенсификации теплообмена при кипении на структурированных поверхностях. Выполнено сравнение достигнутых значений КТП. Представлены результаты исследования теплообмена при кипении на модифицированных с помощью пучковой и лазерной обработки поверхностей.

Работа поддержана РНФ (грант № 19-19-00410).

1.Дедов А.В. Обзор современных методов интенсификации теплообмена при пузырьковом кипении//Теплоэнергетика. 2019. № 12. С. 18-54. 

2.Choi C-H., David M., Gao Z., Chang A., Allen M., Wang H.,  Chang C-H.  Large-scale Generation of Patterned Bubble Arrays on Printed Bi-functional Boiling//Surfaces Scientific Reports. 2016. vol. 6 (23760)