Теплообмен при кипении различных жидкостей на микроштырьковых поверхностях в условиях свободной конвекции тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Лэй Регина Александровна

• Лэй Регина Александровна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Лэй Регина Александровна

Введение

Глава 1. Обзор исследований интенсификации теплоотдачи и повышения критических тепловых потоков на трехмерных микроструктурированных поверхностях

1.1 Методы интенсификации теплообмена при кипении жидкости в условиях свободной конвекции

1.2 Структурированная поверхность кипения

1.3 Классификации интенсифицированных поверхностей

1.4 Исследование интенсификации теплообмена на трехмерных нано- и микроструктурированных поверхностях

1.5 Модели кипения на микроструктурированных поверхностях

1.6 Выводы по главе 1. Постановка цели и задач исследований

Глава 2 Объект, предмет и метод экспериментального исследования

2.1 Объект исследования

2.2 Описание экспериментальной установки

2.3 Методика проведения экспериментов

2.4 Методика обработки экспериментальных данных

2.5 Оценка неопределенности измерений

2.6 Результаты тестовых опытов

Глава 3 Теплоотдача при кипении различных жидкостей на трехмерных микроструктурированных поверхностях в условиях свободной конвекции

3.1 Особенности обработки результатов экспериментального исследования коэффициентов теплоотдачи на трехмерных микроструктурированных поверхностях в условиях свободной конвекции

3.2 Обоснование выбора определяющих параметров при обобщении экспериментальных данных

3.3 Результаты экспериментального исследования коэффициентов теплоотдачи на трехмерных микроструктурированных поверхностях в условиях свободной конвекции

3.4 Оценка влияния основных режимных и геометрических параметров на интенсификацию теплоотдачи при кипении различных жидкостей на микроструткрированных поверхностях в условиях свободной конвекции

3.5 Оценка возможности использования метода искусственных нейронных сетей для расчета интенсификации теплоотдачи при кипении различных жидкостей на микроструткрированных поверхностях в условиях свободной конвекции

3.6 Влияние положения поверхности на теплоотдачу

3.7 Выводы по главе

Глава 4 Критические тепловые потоки на трехмерных

микроструктурированных поверхностях в условиях свободной конвекции

4.1 Особенности кризиса кипения на исследованных микроструктурированныъх поверхностях

4.2 Многомерный регрессионный анализ для определения критериальной зависимости повышения критических тепловых потоков

4.3 Влияние ориентации поверхности кипения на критические тепловые потоки

4.4 Выводы по главе

111

Глава 5 Рекомендации и практическое использование трехмерных

микроструктурированных поверхностей

5.1 Визуализация процесса кипения

5.2 Смачиваемость трехмерных микроструктрированных поверхностей

5.3 Рекомендации по расчету систем охлаждения с трехмерными микроструктурированными поверхностями кипения

5.4 Практическое использование микроструктурированных поверхностей кипения

5.5 Выводы по главе

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Перечень условных обозначений

2

Емс площадь микроструктурированной поверхности, [м ] Егл площадь гладкой пластины, [м2] h высота элементов (микроштырьков), [мкм]

I сила тока, подаваемого на пластину, [А]

К масштабом осредненной скорости движения жидкости

/0 постоянная Лапласа

Q тепловой поток, выделяющийся на пластине, [Вт]

^пот тепловые потери через слой герметика и текстолитовую пластину, [Вт]

л

д плотность теплового потока, [Вт/м ]

г* радиус парового зародыша

г скрытая теплота парообразования, [Вт*с/кг]

б ширина одиночного элемента, [мкм]

tf температура теплоносителя, [К]

средняя температура стенки, [К]

Аt разность между средней температурой поверхности образца и воды, [К]

и зазор между элементами одного ряда, [мкм]

АЦ падение напряжения на пластине, [В]

Греческие:

а0 коэффициент теплоотдачи на гладкой поверхности, рассчитанный

по зависимости Боришанского. а коэффициент теплоотдачи, [Вт/м2]К

А зазор между элементами , [мкм]

Ла абсолютная неопределенность измерений

5 толщины элементов, [мкм]

За расширенная неопределенность измерений 0 угол наклона элементов, [град]

л

у' кинематический коэффициент вязкости жидкости, [ ]

-5

р, р" плотность жидкости и пара, соответственно, [кг/м ]

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теплообмен при кипении различных жидкостей на микроштырьковых поверхностях в условиях свободной конвекции»

Актуальность темы исследования

В связи с ростом единичной мощности энергоустановок, увеличением мощности микропроцессорной техники, развитием химической промышленности необходимы компактные высокоэффективные систем ы охлаждения. Данные проблемы решаются с использованием жидкостных систем охлаждения с фазовыми переходами, включая паровые камеры, термосифоны и тепловые трубы, иммерсионные или погруженные системы охлаждения. В них реализуется режим кипения рабочих жидкостей для повышения уровня отводимых тепловых нагрузок, в том числе кипение на интенсифицированных поверхностях с микрорельефами. Развитие технологий позволяет создавать поверхности кипения самой различной структуры. Сегодня накоплен большой банк данных исследований теплоотдачи и критических тепловых потоков на нано- и микроструктурированных поверхностях, однако рекомендаций по выбору типа поверхности, прогнозированию уровня интенсификации теплоотдачи и повышения критических тепловых потоков мало.

В настоящей работе решается поставленная выше задача интенсификации теплоотдачи при кипении с использованием трехмерных микроструктурированных поверхностей, полученных методом деформирующего резания, и разрабатываются рекомендации по выбору рациональных размеров трехмерных микроструктурированных поверхностей.

Степень разработанности

Исследования процессов кипения на микроструктурированных трехмерных поверхностях в условиях свободной конвекции проводились в работах: Кутателадзе С.С., Кузма-Кичта Ю.А, Павленко А.Н., Боришанский В.М. Дедов А.В., Ягов В.В., Лабунцов Д.А., Володин О.А., Гортышов Ю.Ф., Попов И. А., Берглс А.Е., Вэбб Р., Мин Д.Х., Кандликар С.Г., Кедзиерский М.А., Джи К., Чен, Л.Х., Дас А.К. и др.. Проведенный литературный анализ представленных работ позволяет сделать следующие выводы. В большей части работ прирост коэффициента теплоотдачи на модифицированных поверхно-

стях по сравнению с плоскими и гладкими поверхностями при кипении в большом объеме составил 3 - 10 раз. Значительная часть работ проводилась при использовании воды в качестве рабочей жидкости. Почти все работы, за редким исключением, проводились при атмосферном давлении, однако в работах Кандликара и Чана отмечается, что с ростом давления возрастает и теплоотдача.

Многие авторы предпринимали попытки сделать выводы о влиянии геометрических параметров на коэффициенты теплоотдачи (КТО), однако ввиду ограниченного количества данных находится множество противоречий между авторами. Можно отметить, что авторы указывают о наличии некоторых оптимальных геометрических параметров. Особое внимание следует обратить на отсутствие обобщающих зависимостей для КТО в рассмотренных работах.

При исследовании критических тепловых потоков авторами рассмотренных работ в основном достигались значения в 3,5-6 раза больше, чем на плоской, гладкой пластине.

Предмет исследования - теплоотдача и критические тепловые потоки при кипении различных жидкостей на трехмерных поверхностях в условиях свободной конвекции.

Объект исследования - трехмерные поверхности кипения, полученные методом деформирующего резания.

Цель работы - разработка рекомендаций по прогнозированию коэффициентов теплоотдачи и критических тепловых потоков при кипении различных жидкостей в условиях свободной конвекции на трехмерных микроструктурированных поверхностях на основе комплексного экспериментального исследования и обобщения литературных источников.

Задачи исследования:

Провести экспериментальное исследование коэффициентов теплоотдачи при кипении различных жидкостей в условиях свободной конвекции на

трехмерных микроструктурированных поверхностях, полученных методом деформированного резания.

Провести экспериментальное исследование критических тепловых потоков при кипении различных жидкостей в условиях свободной конвекции на трехмерных микроструктурированных поверхностях.

На основе анализа литературных источников сформировать набор экспериментальных данных по коэффициентам теплоотдачи и критическим тепловым потокам на трехмерных микроструктурированных поверхностях. Обосновать выбор определяющих геометрических параметров.

Выявить влияние режимных и геометрических параметров на коэффициенты теплоотдачи при кипении различных жидкостей на трехмерных мик-роструктуированных поверхностях в условиях свободной конвекции. Предложить зависимости для оценки влияния параметров на коэффициенты теплоотдачи.

Выявить влияние режимных и геометрических параметров на критические тепловые потоки при кипении различных жидкостей на трехмерных микроструктуированных поверхностях в условиях свободной конвекции.

Провести оценку возможности использования предиктивных технологий в виде метода искусственных нейронных сетей для программной оценки коэффициентов теплоотдачи при кипении различных жидкостей на трехмерных микроструктуированных поверхностях в условиях свободной конвекции.

Разработать рекомендации по рациональным параметрам трехмерных микроструктурированных поверхностей для практического использования при разработке и создании современного эффективного теплотехнологиче-ского оборудования и систем охлаждения.

Научная новизна.

1. Получены новые экспериментальные данные по теплоотдаче при кипении различных жидкостей на микроструктурированных трехмерных поверхностях в диапазоне параметров К = 8, — 2 0, в /90° = 0,77 -1,

к / /0 = 0,09 - 0,71, А/ /0 = 0,002 -0,3, З/ /0 = 0,042 - 0,42,

и / /0 = 0,009 - 0,28, ^ / /0 = 0,02 - 0,79, Рг = 1,75 - 7,35, ^ / ^ = 2,23 - 4,8.

2. Получены новые экспериментальные данные по критическим тепловым потокам при кипении различных жидкостей на микроструктурированных трехмерных поверхностях в диапазоне 0 /90° = 0,77 -1, к / /0 = 0,09 -0,71, А/ /0 = 0,002 -0,3, З/ /0 = 0,042 - 0,42, и / /0 = 0,009 - 0,28, ^ / /0 = 0,02 - 0,79, Рг = 1,75 - 7,35, ^ / ^ = 2,23 - 4,8.

3. Получены обобщающие зависимости коэффициента теплоотдачи, с использованием метода полиноминальной линейной регрессии при различных влияющих параметрах и нормирующих зависимостях, а именно с использованием основы симплекса / и зависимости Боришанского. Полученные обобщающие зависимости позволяют производить обобщение значений КТО в пределах ±30% при доверительной вероятности 0,85.

4. Сконструирована и обучена модель нейронной сети для обобщения значений КТО исследованных поверхностей с использованием в качестве модели обучения обратное Байесовское распространение. Прогнозирование значений КТО находится в пределах ±20% при доверительной вероятности 1,0.

5. Исследованы характеристики смачиваемости поверхности и получены фото-видео материалы процесса кипения на микрострурированной трехмерной поверхности.

Теоретическая значимость:

1. Представлен значительный объем фото- и видеоматериала по развитию кипения различных жидкостей на микроструктурированных поверхностях.

2. Выявлено влияние основных геометрических параметров микрострук-тированных поверхностей и предложены расчетные рекомендации для оценки уровней коэффициентов теплоотдачи и критических тепловых потоков при кипении различных жидкостей

3. Представлен и апробирован новый подход к прогнозированию значений КТО в зависимости от геометрических параметров поверхности с использованием искусственной нейронной сети.

Практическая значимость:

Разработаны новые рекомендации по выбору оптимальных геометрических параметров трехмерных микроструктурированных поверхностей кипения, позволяющие производить расчет и проектирование систем охлаждения радиоэлектронного оборудования.

Результаты работы получены и использованы при выполнении Соглашения с Минобрнауки РФ № 075-03-2020-051/3 (№ гос.рег. НИОКТР АААА-А20-120102190039-6) и гранту РФФИ 15-08-05994 ((№ гос.рег. НИОКТР АААА-Б18-218051700085-9 / АААА-Б18-218051890023-3).

Методология и методы исследования.

Установление влияния геометрических параметров рельефа трехмерных микроструктурированных поверхностей кипения и режимных параметров рабочей жидкости на теплоотдачу и критические тепловые потоки при кипени различных жидкостей в условиях свободной конвекции производилась путем проведения экспериментального исследования с автоматическим сбором информации на оборудовании National Instruments. Оценка неопределенности измерения коэффициентов теплоотдачи и критических тепловых потоков осуществлялась по ГОСТ-34100-1-2017. Видеофиксация процесса кипения жидкости производилась c высокоскростной камеры Photron Fastcam SA4. Геометрические параметры рельефа исследуемых поверхностей определялись с использованием стереомикроскопа Leica M80 с цифровой камерой. Обработка экспериментальных данных и обобщение производилось с использованием ПО Origin 8.0, а построение нейронной сети - в программном комплексе Matlab.

Положения, выносимые на защиту:

1) Результаты исследования процесса теплоотдачи при кипения различных жидкостей на микроструктурированных трехмерных поверхностях по-

лученных методом деформирующего резания в условиях свободной конвекции

2) Результаты исследования критических тепловых потоков при кипении различных жидкостей на микроструктурированных трехмерных поверхностях полученных методом деформирующего резания в условиях свободной конвекции

3) Выбор и обоснование основных рациональных размеров рельефа трехмерных микроструктурированных поверхностей, полученных методом деформирующего резания

4) Универсальные рекомендации по расчету значений коэффициентов теплоотдачи при кипении различных жидкостей на микроструктурированных трехмерных поверхностях полученных методом деформирующего резания в условиях свободной конвекции на основе регрессионного и нейросетевого моделирования.

Достоверность.

Достоверность представленных результатов исследования обеспечивается:

1) Применением сертифицированного и тарированного оборудования и средств измерения с соответствующим уровнем точности.

2) Оценкой неопределенности, что позволяет сравнивать полученные данные с данными других авторов.

3) Использованием современных программных комплексов и компьютерных технологий и техники для обработки и прогнозирования данных.

Апробация результатов

Основные результаты по теме диссертации изложены в 13 печатных изданиях, в том числе в 5 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ, включая 3 статьи в журналах и сборниках из списка цитирования Scopus, 8 тезисах докладов.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на школе-международной молодёжной научной конференции «Туполевские чтения»

(Казань, КНИТУ-КАИ, 2013), семинаре молодых ученых под руководством академика РАН А.И.Леонтьева. (Орехово-Зуево, 2013), международной конференции "Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках» (СПГПУ, Санкт-Петербург, 2015), всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва: МГТУ им.Н.Э.Баумана. 2020), всероссийской конференции с элементами научной школы для молодых учёных «Сибирский теплофизический семинар» (Новосибирск. Инст-т теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, 2020), Международная конференция «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (Москва. НИУ МЭИ, 2020), конференции молодых ученых с международным участием «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» (Новосибирск, Инст-т теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, 2020).

Автор выражает благодарность за помощь в проведении работы научному руководителю, д.т.н., профессору И.А.Попову, д.т.н., профессору А.В.Щелчкову и д.т.н., профессору МГТУ им.Н.Э.Баумана Н.Н.Зубкову и доц. МГТУ им.Н.Э.Баумана С.И.Каськову за изготовление микроструктурированных поверхностей кипения.

Глава 1. Обзор исследований интенсификации теплоотдачи и повышения критических тепловых потоков на трехмерных микроструктурированных поверхностях

1.1 Методы интенсификации теплообмена при кипении жидкости в условиях свободной конвекции.

Теплообмен при кипении на сегодняшний день является наиболее широко исследуемой из всех задач теплообмена. Количество работ на тему теплообмена при кипении с каждым годом растет. Это объясняется не только появлением новых технологий и альтернативных решений проблемы, но и отсутствием замкнутого математического описания пузырькового кипения, задачей получения точных эмпирических закономерностей для оценки теплоотдачи и критических тепловых потоков.

Проведение работ по исследованию интенсификации теплообмена при кипении обусловлено следующими задачами:

1. Сокращение габаритных размеров, в первую очередь компактных теплообменников (тепловые трубы, системы охлаждения в электронике, и др.);

2. Увеличение значений критических тепловых потоков (ктп);

3. Необходимость отвода тепловых потоков, имеющих экстремально высо-

Л

кую плотность (более 1 мвт/м в задачах охлаждения компонентов силовой электроники, термоядерных установок, зеркал лазеров и пр.);

4. Особые условия кипения (отсутствие достаточного количества центров парообразования, специальные жидкости и поверхности и пр.).

Методы и способы интенсификации теплообмена при кипении традици-онны:

Развитие поверхности путем механической обработки.

Данный метод осуществляется за счет создания макро- и микроструктур посредством механической обработки. В процессе кипении развитие поверхности и формирование сложных микроструктур, в том числе регулярных,

увеличивает количество центров парообразования, обеспечивая удлинение линии контакта трех фаз, вблизи которой происходит интенсивное испарение.

Управление смачиваемостью поверхности и притоком жидкости в зону испарения.

Ухудшение смачиваемости за счет увеличения краевого угла влияет на процесс образования пузыря. Данный метод позволяет уменьшить температурный напор, соответствующий началу кипения, улучшив тем самым теплоотдачу. Улучшение же смачиваемости обеспечивает приток жидкости в зону интенсивного испарения, увеличивая КТП. Изначально данный метод достигался за счет оксидирования поверхностей (включая естественное окисление поверхностей), нанесения других материалов, например фторопласта [1]. Этот способ особенно эффективен в области низких и субатмосферных давлений.

Кипение наножидкостей.

Первые работы по исследованию кипения наножидкостей опубликованы в 2003 г. [2, 3]. Наножидкости являются растворами различных жидкостей (чаще всего воды) в виде суспензий, в которых содержатся наночастицы оксидов металлов: Al2Oз, ZnO, SiO2, TiO2 и др. - в малых концентрациях [4]. Следует отметить, что влияние концентрации наночастиц на характеристики теплообмена начиная с некоторых весьма малых значений становится незначительным. В обзорах [5,6] представлены данные об используемых в опытах жидкостях и наночастицах, а так же основные результаты исследований. При кипении в большом объеме на проволочных и ленточных нагревателях водных наножидкостей на основе Al2Oз, SiO2, TiO2 [7-9] и углеродных нанотру-бок и графена [10-12] было обнаружено увеличение КТП до 2 раз, в работах [13-16] - до 50%.

Структурирование поверхности. С возникновением таких технологий, как электрохимическое осаждение, плазменное и ионное напыление, нанесение клеев, имеющих стойкость до

температур 500°С и др., появилась возможность создавать поверхности с управляемым смачиванием. Так, работы [17, 18] демонстрируют возможность чередования зон интенсивного парообразования и управление отрывом пузырей за счет нанесения покрытий из наночастиц SiO2 на часть теплооб-менной поверхности. При этом КТО возрос до 90%, а температурные напоры начала кипения снизились.

Модификация поверхности при помощи лазерного излучения малой длительности, приводящего к абляции поверхности, на сегодняшний день так же считается популярной. В результате такого воздействия формируется микрорельеф сложной формы. Возможно создание текстурированной регулярной поверхности [19-24] и нерегулярной пористой [25], а при фемтосе-кундном воздействии [26-30] - иерархической структуры, состоящей из пиков шероховатостей, покрытых пористым слоем наночастиц [29]. Данный тип поверхностей обуславливается регулируемой смачиваемостью, а также возникновением капиллярных эффектов. Технологии с использованием фем-тосекундного лазерного воздействия и последующей обработкой поверхности позволяют получать как ультрагидрофильные, так и ультрагидрофобные металлические поверхности [30].

1.2 Структурированная поверхность кипения

В одной из первых работ по интенсификации теплоотдачи при пузырьковом кипении в большом объеме М. Якоба и У. Фрица [31] за счет использования микрошероховатых поверхностей с квадратными фрезерованными пазами и на шероховатой поверхности, полученной обработкой пескоструйным аппаратом, получено повышение коэффициентов теплоотдачи от 7 до 13 раз и от 1,3 до 4 раз, соответственно. Подобные опыты были подтверждены К. Корти и А.С. Фаустом [32], в работе которых удалость увеличить интенсификации теплоотдачи до 4 раз при кипении в условиях свободной конвекции на поверхности с зернистой шероховатостью. Исследования А.Е. Берглса

[33], Дж.Р. Тоума [34], Р. Уебба [35], С. Йилмаза и др. [36] и многих других авторов сообщают о значительной интенсификации теплоотдачи на структурированных поверхностях и уменьшении на порядок значения перегрева жидкости на стенке. В последние годы возрос интерес к исследованию характеристик кипения с нанорельефом [37,38]. Установлено, что нанесение нанорельефа способствовало уменьшению диаметра пузырька во время отрыва до 3 раз, увеличению количества центров парообразования до 25 раз и частоты отрыва пузырьков от 3 до 5 раз, чем на гладких поверхностях. Среди отечественных исследований кипения на структурированных поверхностях необходимо отметить работы М.А. Стыриковича [39], Ю.А. Кузма-Кичты [40-42], С.А. Ковалева [43], М.Д. Диева [44], Л.Л. Васильева [45], В.М. Поляева [46], И.З. Коппа [47], Л.И. Ройзена [48], А.В. Боришанской [49] и многих других.

Специальной обработкой поверхности (механическая обработка, формование или нанесение покрытий) можно создать открытые полости (полузакрытые выемки), которые «захватывают» пузырьки пара на поверхности и способствуют дальнейшему парообразованию в жидкостях с малыми силами поверхностного натяжения. Механизм фазового превращения на таких структурированных поверхностях отличается от "обычного" кипения. Описания особенностей и различные модели такого процесса представлены в работах Ксина, Аюба, Уонга, Накаямы, Уебба, Чена, обзор которых дан в [50]. Большое количество варьируемых геометрических параметров теплообмен-ных поверхностей и оптимизация процесса теплообмена при кипении по множеству режимных параметров ставят перед исследователями и инженерами ряд серьезных задач и полностью обуславливают дальнейшие обширные исследования в этой области.

В данной работе исследовались упорядоченные структуры, получаемые комбинацией методов подрезания и пластического деформирования (отгибке) поверхностных слоев теплообменной поверхности. Метод получил название деформирующее резание (ДР) и используется не только для создания

теплообменных поверхностей различного типа [51,52], но и для получения фильтрующих труб, микросеток, капиллярных структур, упрочнения поверхностей, восстановления размеров деталей и др.

1.3 Классификации интенсифицированных поверхностей

На основании анализа процессов, лежащих в основе зародышеобразова-ния и влияющих на теплоотдачу при кипении, предлагается новая система классификации интенсифицированных поверхностей, рисунок 1.1.

Рисунок 1. 1 Система классификации модифицированных поверхностей кипения.

Все модификации поверхностей кипения разделены на три группы: I. прикрепленные слои, когда новый слой любого типа прикрепляется к основной поверхность

В зависимости от толщины, прикрепленные слои, обеспечивающие улучшение теплоотдачи, можно разделить на три подгруппы, рисунок 1.1. Слой переменной толщины усиливает теплоотдачу на разных стадиях роста парового пузырька за счет разных физических механизмов. Размер полости, которая поддерживает начальное зародышеобразование, составляет около 106 мкм. Это значение можно принять как нижнюю границу для «супертонких» слоев, а его 10-кратное увеличение - как нижнюю границу «толстых» слоев. Все слои с промежуточной толщиной будут принадлежать к группе тонких слоев.

Приняв такой подход, можно увидеть, что сверхтонкие слои (рис. 1.2) создают предпочтительную геометрию поверхности для зародышеобразова-ния.

5 и

5

5

Я

се о

г* 0« О.

ю с о

л

§

о.

се м

£ С

о.

Н

о

3

<

г.

100000,00 10000,00 1000,00 100,00 10,00 1,00

0,01

д

• ^ К

1 *

• АоипаНаИ, Кептпд / Саэ пис1еа1юп ■ \Л/апд, ОЫг / (<р < 90°) 0=5.320 Д \ZVang, ОЫг / (ср<180°) 0=3.046

1,0Е-07

а)

1.0Е-06 1,0Е-05 1,0Е-04 Диаметр каверн (м)

10 1/ст:

10э №А

102

10'

10

1010-

.....^

р* = 0.1 Т сит V тот р* = 0.2 А сит А тот

5 рт 10"

б)

Рисунок 1.2 Плотность активных центров зародышеобразования в зависимости от размера полости. а) - данные нуклеации воды [53], б) -кипение пропана на медной пескоструйной трубке [54].

Тонкие слои влияют как на смачиваемость, так и на шероховатость поверхности. Они могут поддерживать рост пузырьков пара только на первых стадиях роста. Толстые слои образуют сложную трехмерную пористую матрицу, зарождение пузырьков в которой может происходить в любом месте.

II. Непосредственные модификации поверхности кипения

Непосредственные модификации поверхности предпочтительнее прикрепленных интенсифицирующих слоев, поскольку не происходит уменьшения связывающих сил между интенсификатором и базовой поверхностью. Однако поле поверхностных сил может существенно изменяться за счет измененной геометрии интенсифицированной поверхности, соответственно влияя на величину энергетического барьера (рис. 1.2).

Следует отметить, что, как правило, непосредственно модифицированные поверхности имеют более ярко выраженную структуру поверхности, чем поверхности с нанесенными слоями. Большинство прямых модификаций требуют контактных методов обработки поверхности, таких как, например, холодная обработка. Поэтому линейные масштабы элементов структуры поверхности ограничены размерами обрабатывающих инструментов.

III. Комбинированные методы обработки

Последнюю группу интенсифицированных поверхностей для кипения в соответствии с классификацией, показанной на рисунке 1.1, составляют поверхности, полученные комбинированными методами обработки. Некоторые из упомянутых выше методов сами по себе являются комбинированными, поскольку почти каждая современная технология обработки непроста и включает несколько этапов изготовления.

Примером успешного применения комбинированных методов является интенсифицированная поверхность, описанная Митровичем и др. [55]. Процесс производства микроструктуры включает ионную бомбардировку, UV-облучение в сочетании с травлением и гальванизацией. Конструкция, состоящая из цилиндрических штифтов в качестве основных элементов (рис. 1.3a) нанесена на внешнюю поверхность трубы при кипении хладагента R141b при

атмосферном давлении. Полученные результаты показывают, что тепловой поток остается независимым от перегрева стенки в полностью развитой области кипения, рис. 1.3б.

Эта группа поверхностей кипения определяется технологией производства, что приводит к некоторым общим свойствам этих поверхностей. Любой прикрепленный слой и основной материал имеют связывающие силы между собой, что вызывает такие эффекты, как смещение, отслоение и последующее снижение производительности после нескольких циклов нагрева и охлаждения. Поскольку материал прикрепляемого слоя часто отличается от материала основной поверхности, они имеют разные коэффициенты теплового расширения. Поскольку температурное поле модифицированной поверхности имеет заметные градиенты во время кипения, прикрепленные слои обычно отслаиваются от основной стены через определенный период времени.

Рисунок 1.3 Микроструктурированная поверхность и особенность кипения на ней: а) СЭМ-фотография новой микроструктурированной поверхности; б) кривые кипения плоских и структурированных поверхностей труб [55].

С этой точки зрения предпочтительнее вторая группа - прямая модификация базовой поверхности. Однако большинство технологий модификации поверхности, которые можно отнести к этой группе, в целом более сложны и дороги в производстве. Вопрос об устойчивости этих модификаций также остается открытым; поскольку такие данные в литературе практически отсутствуют.

Оба этих направления в производстве улучшенных поверхностей являются предметом исследований для долгого использования в промышленных масштабах и характеристик загрязнения.

1.4 Исследование интенсификации теплообмена на трехмерных нано- и микроструктурированных поверхностях

За последние 100 лет (начиная с работ Джейкоба, Фрица, Нукиямы и других еще в 1920-х гг.), теплоотдача в условиях кипения была широко исследуемой темой для многих ученых по всему миру. Было обнаружено множество теоретических и эмпирических корреляций, предложений оценки коэффициента теплоотдачи кипения (КТП), а также критических тепловых потоков в различных условиях. Классическим процессом кипения для изучения было пузырьковое кипение в большом объеме на поверхности, погруженной в объем жидкости. Множество различных поверхностей кипения, изготовленных из различных материалов, были исследованы в широком диапазоне условий кипения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лэй Регина Александровна, 2022 год

Список использованных источников

1 Гогонин И.И. Влияние краевого угла смачивания на теплоотдачу при кипении // Теплофизика и аэромеханика. 2010. Т. 17. № 2. С. 261-267.

2. Das S.K., Putra N., Roetzel W. Pool boiling characteristics of nano-fluids // Int. J. Heat Mass Transfer. 2003. V. 46. P. 851-862.

3. You S.M., Kim J.H., Kim K.H. Effect of nanoparticles on critical heat flux of water in pool boiling heat transfer // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 83. P. 3374-3376.

4. Choi S.U.S. Nanofluids: from vision to reality through research // J. Heat Transfer. 2009. V. 131. №3. 033106.

5. Heat transfer and critical heat flux of nanofluid boiling: A comprehensive review / X. Fang, Y. Chen, H. Zhang, W. Chen, A. Dong, R. Wang // Renewable and Sustainable Energy Rev. 2016. V. 62. P. 924-940.

6. Liang G., Mudawar I. Review of pool boiling enhancement with additives and nanofluids // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 124. P. 423-453.

7. Systematic measurements of heat transfer characteristics in saturated pool boiling of water-based nanofluids / M.Z. Sulaiman, D. Matsuo, K. Enoki, T. Oka-wa // Int. J. Heat Mass Transfer. 2016. V. 102. P. 264-276.

8. Lee J.H., Lee T., Jeong Y.H. The effect of pressure on the critical heat flux in water-based nanofluids containing Al2O3 and Fe3O4 nanoparticles // Int. J. Heat Mass Transfer. 2013. V. 61. P. 432-438.

9. Bang I.C., Chang S.H. Boiling heat transfer performance and phenomena of Al2O3-water nano-fluids from a plain surface in a pool // Int. J. Heat Mass Transfer. 2005. V. 48. P. 2407-2419.

10. Park S.S., Kim N.J. Critical heat flux enhancement in pool-boiling heat transfer using oxidized multi-wall carbon nanotubes // Int. J. Energy Res. 2015. V. 39. P. 1391-1401.

11. Kumar R., Milanova D. Effect of surface tension on nanotube nanofluids // Appl. Phys. Lett. 2009. V. 94. № 7. 073107.

12. Park K.-J., Jung D. Enhancement of nucleate boiling heat transfer using carbon nanotubes // Int. J. Heat Mass Transfer. 2007. V. 50. P. 4499-4502.

13. Исследование краевых углов и кризиса кипения на поверхности с искусственным нанорельефом / Ю.А. Кузма-Кичта, В.М. Жуков, А.В. Лаври-ков, Н.А. Стенина, А.В. Чистякова, П.С. Чурсин, Ш. Шолль, М.В. Шустов // Тепловые процессы в технике. 2013. № 7. С. 290-294.

14. Kim H.D., Kim J., Kim M.H. Experimental studies on CHF characteristics of nano-fluids at pool boiling // Int. J. Multiphase Flow. 2007. V. 33. P. 691-706.

15. Barber J., Brutin D., Tadrist L. A review on boiling heat transfer enhancement with nanofluids // Nanoscale Res Lett. 2011. V. 6. № 1. 280.

16. Сироткина А.Л., Федорович Е.Д., Сергеев В.В. Теплообмен в нано-жидкостях (обзор исследований). Часть 2: Кипение и кризис кипения // Тепловые процессы в технике. 2017. № 3. С. 106-112.

17. Effect of interlaced wettability on horizontal copper cylinders in nucleate pool boiling / C. Hsu, M. Lee, C. Wu, P. Chen // Appl. Therm. Eng. 2017. V. 112. P. 1187-1194.

18. Kumar S., Chang Y., Chen P. Effect of heterogeneous wettable structures on pool boiling performance of cylindrical copper surfaces // Appl. Therm. Eng. 2017. V. 127. P. 1184-1193.

19. Nanosecond laser texturing of uniformly and non-uniformly wettable micro structured metal surfaces for enhanced boiling heat transfer / M. Zupancic, M. Moze, P. Gregorcic, I. Golobic // Appl. Surf. Sci. 2017. V. 399. P. 480-490.

20. Manufacturing of finestructured 3D porous filter elements by selective laser melting / I. Yadroitsev, I. Shishkovsky, P. Bertrand, I. Smurov // Appl. Surf. Sci. 2009. V. 255. № 10. P. 5523-5527.

21. Sun J., Yang Y., Wang D. Mechanical properties of a Ti6Al4V porous structure produced by selective laser melting // Adv. Mech.l Eng. 2013. V. 49. P. 545-556.

22. Ho J.Y., Wong K.K., Leong K.C. Saturated pool boiling of FC-72 from enhanced surfaces produced by selective laser melting // Int. J. Heat Mass Transfer. 2016. V. 99. P. 107-121.

23. Wong K.K., Leong K.C. Saturated pool boiling enhancement using porous lattice structures produced by selective laser melting // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 121. P. 46.

24. Performance of pool boiling with 3D grid structure manufactured by selective laser melting technique / C. Zhang, L. Zhang, H. Xu, P. Li, B. Qian // Int. J. Heat Mass Transfer. 2019. V. 128. P. 570-580.

25. Development of highly porous titanium scaffolds by selective laser melting / Y. Wang, Y. Shen, Z. Wang, J. Yang, N. Liu, W. Huang // Mater. Lett. 2010. V. 64. №6. P. 674-676.

26. Romashevskiy S.A., Agranat M.B., Dmitriev A.S. Thermal training of functional surfaces fabricated with femtosecond laser pulses // High Temp. 2016. V. 54. № 3. C. 461-465.

27. Secondary pool boiling effects / C. Kruse, A. Tsubaki, C. Zuhlke, T. Anderson, D. Alexander, G. Gogos, S. Ndao // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 108. P. 051602.

28. Fabrication of superhydrophobic coating on stainless steel surface by femtosecond laser texturing and chemisorption of an hydrophobic agent / P.N. Sal-tuganov, A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, A.A. Rukhadze, A.I. Gavrilov, S.V. Makarov, A.A. Rudenko, D.A. Zayarny // J. Russ. Laser Res. 2015. V. 36. P. 8185.

29. Enhanced pool-boiling heat transfer and critical heat flux on femtosecond laser processed stainless steel surfaces / C.M. Kruse, T. Anderson, C. Wilson, C. Zuhlke, D. Alexander, G. Gogos, S. Ndao // Int. J. Heat Mass Transfer. 2015. V. 82. P. 109-116.

30. Ngo C.V., Chun D.M. Control of laser-ablated aluminum surface wetta-bility to superhydrophobic or superhydrophilic through simple heat treatment or water boiling post-processing // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 435. P. 974-982.

31. Jakob M. and Fritz W. Versuche uber den verdampfungsvorgang. Forschung auf dem Gebiete des Ingenieurwesens, 1931, vol.2, pp.435-447.

32. Corty C., and Foust A.S. Surface Variables in Nucleate Boiling, Chem. Eng. Prog. Symp. Ser., 1953, Vol.51, No.17, pp.1-12.

33. Bergles, A. E. Techniques to Enhance Heat Transfer, in Handbook of Heat Transfer,3rd ed., (Rohsenow W. M., Hartnett, J. P., and Cho, Y. I., eds.), McGraw-Hill, New York, Chap. 11. 1998.

34. Thome, J. R. Enhanced Boiling Heat Transfer, Hemisphere Publishing, New York. 1990.

35. Webb R.L., Kim N.-H. Principles of enhanced heat transfer. 2nd ed. Taylor & Francis Group. 2005. 795p.

36. Yilmaz, S., and Westwater, J. W. Effect of Commercial Enhanced Surfaces on the Boiling Heat Transfer Curve, in Advances in Enhanced Heat Transfer 1981, (Webb, R. L., Carnavos, T. C., Park Jr., E. F., and Hustetler, K. M., eds.), ASME-HTD-18, ASME, New York, 1981. pp. 73-92.

37. Mitrovic J. How it create an efficient surface for nucleate boiling? Intern. J. of Thermal Sciences. 2006. №45. p.1-15.

38. Li C., Wang Z., Wang P.-I., Peles Y., Koratkar N. and Peterson G.P. Nanostructured Copper Interfaces for Enhanced Boiling. J. Small. 2008, vol.4, №8, p.1084-1088.

39. Стырикович М.А. и др. Современное состояние исследований процесса массообмена при кипении в капиллярно-пористых структурах. // ТВТ,-1980. -т. 18,- №3.- с.725-733.

40. Кузма-Кичта Ю.А., Ковалев А.С. Влияние пористого покрытия на характеристики кризиса теплообмена в трубах // Теплоэнергетика. 1997. № 5. С.53.

41. Кузма-Кичта Ю.А., Москвин В.Н., Сорокин Д.Н. Исследование теплоотдачи при кипении воды на поверхности с пористым покрытием в широком диапазоне давлений. Теплоэнергетика, 1982, № 3, с. 53-54.

42. Дзюбенко Б.В., Кузма-Кичта Ю.А., Леонтьев А.И., Федик И.И., Холпанов Л.П. Интенсификация тепло- и массообмена на макро-, микро- и наномасштабах. М.: ФГПУ ЦНИИАТОМИНФОРМ, 2008. 532с.

43. Ковалев С.А. Кризисы теплоотдачи при кипении на поверхностях с пористым покрытием // Кризисы теплообмена при кипении: Тез. докл. 1 Всес. семин. 1989. С. 13-15.

44. Диев М.Д. Соколова Т.В. Обработка экспериментальных данных по кипению в большом объеме на улучшенных поверхностях кипения в координатах С. С. Кутателадзе // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Труды 16 Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева, Санкт-Петербург, 21-25 мая, 2007. Т. 1. М.: МЭИ. 2007, с. 407-410.

45. Васильев Л.Л., Журавлёв А.С., Овсянник А.В., Новиков М.Н., Васильев Л.Л.мл. Теплообмен при кипении пропана на поверхностях с капиллярно-пористой структурой // 4ый Минский международный форум по тепломассообмену (ММФ-4). Т.5. Минск, ИТМО им.А.В.Лыкова. 2000. с.161-167.

46. Поляев В.М., Кичатов Б.В. Кипение жидкости на поверхностях с пористыми покрытиями // Теплоэнергетика 1999. N3. С. 72-76.

47. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Копп И.З., Мякочин А.С. Эффективные поверхности теплообмена. М.: Энергоатомиздат, 1998, 408 с.

48. Ройзен Л.И., Рачицкий Д.Т., Ветроградская JI.M. и др. Теплообмен при кипении азота и фреона-113 на пористых металлических покрытиях // Теплофизика высоких температур, 1982, т.20, №2, с.304-310.

49. Боришанская А.В. О теплоотдаче при кипении фреонов на поверхностях с пористыми металлическими покрытиями. Холодильная техника, 1979, №12, с.17-20.

50. Попов И.А., Махянов Х.М., Гуреев В.М. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена: Интенсификация теплообмена. Казань: Центр инновационных технологий, 2009. 560 с.

51. Зубков H.H., Овчинников А.И., Кононов О.В. Изготовление тепло-обменных поверхностей нового класса деформирующим резанием // Вестник МГТУ 1993 - №4.- С.79-82.

52. Зубков Н.Н. Оребрение труб теплообменных аппаратов подрезанием и отгибкой поверхностных слоев // Новости теплоснабжения. - 2005. -№4. С.51-53.

53. Nelson R.A., Do we doubt too little? Examples from the thermal sciences, Experimental thermal and fluid science, Vol. 25, 2001, pp. 255-267.

54. Luke A., Danger E., Gorenflo D., Size distribution of active and potential nucleation sites in pool boiling, Proc of 12th Int. Heat Transfer Conf. Grenoble, France, 2002, Vol. 3.

55. Mitrovic J., Hartmann F., A new microstructure for pool boiling, Superlat-tices and Microstructures, Vol. 35, 2004. pp. 617-628.

56. Chu K.-H., Enright R., Wang E. N., Structured surfaces for enhanced pool boiling heat transfer, Appl. Phys. Lett. Volume 100, Issue 24, (2012); https://doi.org/10.1063/1.4724190.

57. Zhang M., Lian K., Using bulk micromachined structures to enhance pool boiling heat transfer, Microsyst Technol (2008) 14: 1499-1505, Springer-Verlag, DOI 10.1007/s00542-007-0531-x

58. Sriraman Sh. R. Pool Boiling On Nano-Finned Surfaces, A Thesis, submitted to the Office of Graduate Studies of Texas A&M University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master Of Science, 2007, 147 p.

59. Biana H., et al. Enhanced nucleate boiling on 3D-printed micro-porous structured surface, Applied Thermal Engineering, Vol. 141, 2018, DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.05.107.

60. Anderson T. M., Mudawar I., Microelectronic Cooling by Enhanced Pool Boiling of a Dielectric Fluorocarbon Liquid, J. Heat Transfer. Aug 1989, 111(3): 752-759 (8 pages), https://doi.org/10.1115/1.3250747.

61. Gheitaghy A. M., Samimi A., Saffari H., Surface structuring with inclined minichannels for pool boiling improvement, Applied Thermal Engineering 126 (2017) 892-902.

62. Liu Y.. Lu M.-Ch., Xua D., The suppression effect of easy-to-activate nu-cleation sites on the critical heat flux in pool boiling, International Journal of Thermal Sciences 129 (2018) 231-237.

63. Pastuszko R., Pool boiling heat transfer on micro-fins with wire mesh -Experiments and heat flux prediction, International Journal of Thermal Sciences 125 (2018) 197-209.

64. Umesh V., Raja B., A study on nucleate boiling heat transfer characteristics of pentane and CuO-pentane nanofluid on smooth and milled surfaces, Experimental Thermal and Fluid Science 64 (2015) 23-29.

65. Kim S., et al., Effects of nano-fluid and surfaces with nano structure on the increase of CHF, Experimental Thermal and Fluid Science 34 (2010) 487-495.

66. Ha Kim S., et al., Boiling heat transfer and critical heat flux evaluation of the pool boiling on micro structured surface, International Journal of Heat and Mass Transfer 91 (2015) 1140-1147.

67. Zhong D., et al., Critical heat flux for downward-facing saturated pool boiling on pin fin surfaces, International Journal of Heat and Mass Transfer 87 (2015) 201-211.

68 Dong L., et al., An experimental investigation of enhanced pool boiling heat transfer from surfaces with micro/nano-structures, International Journal of Heat and Mass Transfer 71 (2014) 189-196.

69. Popov I.A. et al. Heat transfer during the boiling of liquid on microstruc-tured surfaces. Part 1: Heat transfer during the boiling of water // Therm. Eng. (English Transl. Teploenerg. 2013. Vol. 60, № 3. P. 157-165.

70. O'Neill P.S., Gottzmann C.F., Terbot J.W., Heat Exchangers for NGL, Chem. Eng. Prog., vol. 67 (1971), No. 7, pp. 80-82

71. Webb R.L., Nucleate Boiling on Porous Coated Surfaces, Heat Transfer Eng., vol.4 (1983), No.3-4, pp.71-82

72. Cohen P., Heat and Mass Transfer for Boiling in Porous Deposits with Chimneys, AIChE Symp. Series., vol.70 (1974), No.138, pp.71-80

73. Маньковский О.Н., Йоффе О.Б., Фридгант Л.Г., Толчинский А.Р. О механизме процесса кипения на погруженных поверхностях с капилярно-пористыми покрытиями // ИФЖ, 1976, т.30, No.2, сс.310-316

74. Ferrell J.K., Johnson H.R., The Mechanism of Heat Transfer in the Evaporator Zone of the Heat Pipe, Chem. Eng. Progress, Symp. Series, vol.66, 1970

75. Смирнов Г.Ф. Приближенная теория теплоотдачи при кипении на поверхностях, покрытых капилярно-пориятыми структурами // Теплоэнергетика, 1977, No.9, сс.77-80

76. Smirnov G.F., Koba A.L. Afanasev B.A., The Heat Transfer by Boiling Splits, Capillaries, Wick Structures, 1978, AIAA paper-78-461, p.8

77. Пихляк У.Л., Техвер Я.Ч. Влияние пористого покрытия на теплообмен при кипении // Известия АН СССР. Энергетика и и транспорт, 1983, No.3, сс.134-138

78. Техвер Я.Ч., Туник А. О кипении на поверхностях с пористым покрытием // Известия АН ЭССР. Физика. Математика, Т.28. 1979, No.1, сс.68-72

79. Техвер Я.Ч., Туник А. О внутрислоевом кризисе теплообмена при кипении на поверхности, покрытой пористым материалом // Известия АН ЭССР. Физика. Математика, Т.27. 1978, No.4, сс.433- 437

80. Ляне П.. Суи Ч., Техвер Я. Вляиние толщины плазменно напыленного пористого покрытия на теплоотдачу при кипении жидкости // Известия АН ЭССР. Физика. Математика, Т.30, 1981, No.3, сс.276-280

81. Tehver Ja.Ch., Boiling on Porous Surface, Theses of Tallin Technical Univ., D. Energetics. Electrical Eng. Mining, Tallin, 1992

82. Техвер Я. Явление гистерезиса кипения на пористых покрытиях // Теплоэнергетика, 1990, No.12, сс.12-14

83. Техвер Я., Суй Х.Н., Явление гистерезиса кипения на пористых покрытиях // Известия АН СССР. Энергетика и и транспорт, 1984, No.4, сс.163-166

84. Техвер Я., Суй Х.Н., О кризисе кипения на плазмонапыленной пористой поверхности // ТВТ, 30:3 (1992), 561-565

85. Техвер Я., Суй Х.Н., Переходные процессы при кипении жидкости на пористой поверхности // Известия АН ЭССР. Физика. Математика. Т.34. 1985, No.3, сс.303-307

86. Техвер Я., Суй Х.Н., Влияние параметров пористого покрытия на явление гистерезиса кипения // Известия АН ЭССР. Физика. Математика. Т.34. 1985, No.4, сс.413-418

87. Техвер Я., Суй Х.Н., Ляне П. О гистерезсе теплоотдачи при кипении жидкости в капилярах на поверхностях с пориятым покрытием // Известия АН ЭССР. Физика. Математика. Т.30. 1981, No.4, pp.376-380

88. Tehver Ja.Ch., Sui Ch.N., Temkina V.S., Heat Transfer and Hysteresis Phenomenon in Boiling on Porous Plasma - Sprayed Surface, Experimental Thermal and Fluid Science, vol.5 (1992), pp.714-727

89. Техвер Я., Суй Х.Н., Темкина В.С. Инициация кипения жидкости на пориятых поверхностях и гистерезис кипения // Препринт АН ЭССР. Отделение информатики и технической физики, Tallin, 1989

90. Tehver Ja.Ch., Temkina V., In Situ Evaluation of Porous Coating Quality, Proc. Estonian Acad. Sci. Eng., vol.2 (1996), No.1, pp.130-136

91. Техвер Я.Ч., Туник А. О кризисе теплоотдачи при кипении на поверхностях покрытых пористым материалом // Известия АН ЭССР. Физика. Математика. Т. 26. 1977, No.2, сс.194-198

92. Туник А., Большаков А., Техвер Я.Ч. Влияние пористого покрытия на нагреваемых поверхностях на интенсивность теплоотдачи при кипении жидких диэлектриков // Известия АН ЭССР. Физика. Математика. Т.27. 1978, No.3, сс.364-369

93. Tong W., Analysis and Modeling of Nucleate Boiling in Highly-Wetting Liquids, Ph.D. Thesis, Dept. Mechanical Engineering, Univ. Minnesota, 1989

94. Biceroglu O., Mujumdar A.S., van Heinigen A.R.P., Douglas W.J.M., Thermal Conductivity of Sintered Metal Powders at Room Temperature, Letters in Heat and Mass Transfer, vol.3 (1976), pp.183-192

95. Орлов В.К., Савельев В.Н. Исследование Интенсификация теплоотдачи при кипени криогенных жидкостей при пониженных давлениях // Теплоэнергетика, 1980, No.4, сс.62-64

96. Орлов В.К., Савельев В.Н. Исследование теплоотдачи при кипени криогенных жидкостей на поверхностях с капилярно-пористым покрытием // Теплоэнергетика, 1980, No.8, сс.66-69

97. Xin M. D., Chao Y. D., Analysis and Experiment of Boiling Heat Transfer on T-Shaped Finned Surfaces, Chem. Eng. Comm., vol.50 (1987), pp.185-199

98. Ayub Z.H., Bergles A.E., Pool Boiling from GEWA Surfaces in Water and R-113, Wärme- und Stoffübertragung, vol.21 (1987), pp. 209-219

99. Nakayama W., Daikoku T., Kuwahara H., Nakajima T., Dynamic Model of Enhanced Boiling Heat Transfer on Porous Surfaces, Part I: Experimental Investigation, J. Heat Transfer, vol.102 (1980), pp.445-450

100. Nakayama W., Daikoku T., Kuwahara H., Nakajima T., Dynamic Model of Enhanced Boiling Heat Transfer on Porous Surfaces, Part II: Analytical Modeling, J. Heat Transfer, vol.102 (1980), pp.451-456

101. Kravchenko V.A., Ostrovskij N.Ju., Liquid Boiling on a Heating Surface Having Cylindrical Capillaries, Heat Transfer - Soviet Research, vol.22 (1990), No.1, pp.84-90

102. Wang D.Y., Cheng J.G., Zhang H.J., Pool Boiling Heat Transfer from T - finned Tubes at Atmospheric and Super - atmospheric Pressures, ASME, HTD, vol. 159, Phase Change Heat Transfer, 1991, pp.143-147

103. Chu K.-H. Enright R., Wang E.N. Structured surfaces for enhanced pool boiling heat transfer. Applied Physics Letters. 20212. Vol. 100, P.241603

104. Dong L., Quan X., Cheng P. An experimental investigation of enhanced pool boiling heat transfer from surfaces with micro/nano-structures. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. Vol. 71. Pp.189-196.

105. Kim S.H., Lee G.C., Kang J.Y., Moriyama K., Kim M.H., Park H.S. Boiling heat transfer and critical heat flux evaluation of the pool boiling on micro structured surface. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015. Vo;. 91. Pp.1140-1147.

106. Xue Y., Yuan M., Mf A., Wei J. Enhanced Boiling Heat Transfer by Using Micro-Pin-Finned Surface in Three Different Test Systems. Heat Transfer Engineering, 2011. Vol.32, N 11-12, Pp1062-1068

107. Sriraman S. R., Banerjee D. Pool Boiling Studies On Nano-Structured Surfaces. Proceedings of 2007 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. November 11-15, 2007, Seattle, Washington, USA. Paper IMECE2007-42581.

108. Kim N.-H., Choi K.-K. Nucleate pool boiling on structured enhanced tubes having pores with connecting gaps. International Journal of Heat and Mass Transfer 2001, vol. 44, pp. 17-28

109 Min D.H., Hwang G.S., Usta Y., Cora O.N., Koc M., Kaviany M. 2-D and 3-D modulated porous coatings for enhanced pool boiling. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2009. Vol. 52 . pp. 2607-2613

110 Zhong D., Meng J., Li Z. , Guo Z. Critical heat flux for downward-facing saturated pool boiling on pin fin surfaces. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2015, vol. 87, pp.201-211

111. Zhao Z., Ma X., Li S., Yang S., Huang L.Visualization-based nucleate pool boiling heat transfer enhancement on different sizes of square micropillar array surfaces. Experimental Thermal and Fluid Science. 2020. Vol. 119, p. 110212

112 Das A.K., Das P.K., Saha P. Performance of different structured surfaces in nucleate pool boiling. Applied Thermal Engineering, 2009, vol.29, pp.36433653

113. Popov I.A. et al. Heat transfer enhancement and critical heat fluxes in boiling of microfinned surfaces // High Temperature. Pleiades Publishing, 2017. Vol. 55, № 4. P. 524-534.

114. Popov I.A. et al. Heat transfer during the boiling of liquid on microstruc-tured surfaces. Part 1: Heat transfer during the boiling of water // Therm. Eng. (English Transl. Teploenerg. 2013. Vol. 60, № 3. P. 157-165.

115. Popov I.A. et al. Heat transfer during the boiling of liquid on microstruc-tured surfaces. Part 2: Visualization of boiling and critical heat fluxes // Therm. Eng. 2013. Vol. 60, № 4. P. 285-294

116. Kedziersci M.A. Calorimetric and Visual Measurements of R123 Pool Boiling on Four Enhanced Surfaces. NIST Interagency/ Internal Report (NISTIR) 5732, 1995. 59 p.

117. Kim Nae-H., Kim J.-W., Kim T.-H. Effect of pore size on the nucleate pool boiling of structured enhanced tubes. J. of Thermal Science, 2000, vol. 9, no.3, pp. 230- 235

118. Skrypnik A.N., Shchelchkov A.V., Gortyshov Yu.F., Popov I.A. Artificial neural networks application on friction factor and heat transfer coefficients prediction in tubes with inner helical-finning. Applied Thermal Engineering. 206 (2022). 118049.

119. Аксянов Р.А. Исследование теплоотдачи и критических тепловых потоков при кипении различных жидкостей на микроструктурированных поверхностях в условиях свободной конвекции. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук. Казань: КНИТУ-КАИ. 2021.

120. Печеркин Н.И. Тепло - и массообмен при течении двухфазных потоков на поверхностях и в каналах сложной формы. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Новосибирск: Институт теплофизики им.С.С.Кутателадзе СО РАН. 2019. 39 с.

121. Влияние типа структурирования поверхности на теплоотдачу при испарении и кипении в стекающих пленках / О.А. Володин, Н.И. Печеркин, А.Н. Павленко, Н. Н. Зубков, Ю. Л. Битюцкая // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2017. Т. 5. №. 1. C. 157-162.

122. Дедов А. В. Обзор современных методов интенсификации теплообмена при пузырьковом кипении //Теплоэнергетика. - 2019. - №. 12. - С. 1854.

123. Суртаев А.С., Сердюков В.С., Павленко А.Н. Нанотехнологиив теплофизике: теплообмен и кризисные явления при кипении // Российские нано-технологии. - 2016. - Т. 11. -No. 11-12. - С. 18.

124. Rohsenow W.M. A method of correlating heat transfer data for surface boiling of liquids. - Cambridge: MIT Division of Industrial Cooperation, 1951.

125. Кутателадзе C.C. Теплопередача при конденсации и кипении. 2-е изд., доп. и перераб. - М. -Л.: Мешгиз, 1952. - 232 с.

126. Forster H.K., Zuber N. Growth of a vapor bubble in a superheated liquid // Journal of Applied Physics. - 1954. - Т. 25. -No. 4. -С. 474-478.

127. Zuber N. Hydrodynamic aspects of boiling heat transfer // AEC Report, AECU-4439. Los Angeles,1959. Р. 1-20.

128. Боришанский В.М., Данилова Г.Н., Готовский М.А., Боришанская A.B., Данилова Г., Куприянова A.B. Обобщение теплоотдачи элементарных 170 характеристик процесса при пузырьковом кипении. - Теплообмен и гидродинамика. Л.: Наука, 1977.

129. Толубинский В.И. Теплообмен при кипении. - Киев: Наукова думка, 1980.

130. Лабунцов Д.А., Ягов В.В. Механика двухфазных систем. М.: Издательство МЭИ, 2000 - 374 с.

131. Kim J. Review of nucleate pool boiling bubble heat transfer mechanisms // International Journal of Multiphase Flow. - 2009. - Т. 35. - No. 12. - С. 10671076.

132. Thome J.R. Nucleate Boiling on Surfaces // Techniques. 2008.

133. Теплоотдача при кипении различных жидкостей на микроструктурированных поверхностях / Попов И.А., Щелчков А.В., Зубков Н.Н., Лэй Р.А., Гортышов Ю.Ф. // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2014. № 4. С. 49-53.

134. Коханова Ю.С., Куимов Е.С., Лэй Р.А., Попов И.А., Коханова С.Я. Определение зависимости коэффициента теплоотдачи и критических тепловых потоков от геометрических параметров трехмерных микроструктурированных поверхностей, полученных методом деформирующего резания, при кипении различных жидкостей // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2020. Т. 76. № 4. С. 12-17.

135. 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. 301313.

136. Получение зависимостей для расчета теплоотдачи при кипении различных жидкостей на трехмерных микроструктурированных поверхностях в условиях свободной конвекции / Куимов Е.С., Аксянов Р.А., Коханова Ю.С., Лэй Р.А., Попов И.А. // 13 всероссийская конференция молодых ученых и специалистов (с международным участием) «Будущее машиностроения России», Москва, 22-25 сентября 2020 г. М.: Издво МГТУ им.Н.Э.Баумана. 2020. С. 286-289.

137. Попов И.А., Щелчков А.В., Лэй Р.А., Волкова М.В., Аль-Харбави Н.Т.А., Зубков Н.Н., Каськов С.И. Теплоотдача и критические тепловые потоки при кипении воды, спиртов и водных растворов глицерина на микроструктурированных поверхностях // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: тезисы докладов XIX школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством акад. РАН А.И.Леонтьева. 20-24 мая 2013 г., Орехово-Зуево. - М.: Издательский дом МЭИ, 2013. С.297-298.

138. Волкова М.В., Лэй Р.А., Аль-Харбави Н.Т.А., Попов И.А., Щелчков А.В. Интенсификация теплоотдачи и критические тепловые потоки при кипении различных жидкостей на микрошероховатых поверхностях в условиях свободной конвекции // Международная молодежная научная конференция "XXI Туполевские чтения (школа молодых ученых)". Материалы конференции. Казань: КГТУ им.А.Н.Туполева, 2013. С. 241-243.

Приложение 1

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ» (КНИТУ-КАИ)

К. Маркса ул., д. 10. Казань. 42011 I Тел.: [phone] Факс: [phone] E-mail: [e-mail]. http://www.kai.ru ОКПО 02069616, ОГРН 1021602835275 ИНН/КПП 1654003114/165501001

Л СИ ш-i ^ ccit f- /

На № от

«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по научной и инновационной деятельности Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Казанский национальный исследовательский техничес университет им. А.Н. Туполева - КАИ» д.т.н., профессор я>4у ..

«^"»¿ентября 20

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая

теплотехника

Результаты диссертационной работы Лэй Регины Александровны "Теплообмен при кипении различных жидкостей на микроштырьковых поверхностях в условиях свободной конвекции" используются при чтении курса лекций «Теплотехнические системы и энергоустановки» для студентов специальности 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» КНИТУ-КАИ. Выделены разделы по методам интенсификации теплообмена при кипении жидкостей, модели кипения жидкостей на интенсифицированных поверхностях, классификации методов интенсификации теплообмена при кипении, типов и методов производства поверхностей кипения, методам прогнозирования теплоотдачи и критических тепловых потоков при кипении различных жидкостей на микроструктурированных поверхностях. Экспериментальная установка для исследования кипения в условиях свободной конвекции и визуального наблюдения за процессом парогенерации, методика обработки экспериментальных результатов различными методами (метод регрессионного анализа, метод нейронной сети) включены в цикл лабораторных работ по курсу "Теплотехнические системы и энергоустановки" и научно-исследовательские работы студентов.

Заведующий кафедрой теплотехники и энергетического машиностроения, д.т.н., профессор

(О

Ю.Ф.Гортышов