Критический тепловой поток при кипении в мини- и микроканалах с локализованным нагревом

Кипение жидкости в мини- и микроканалах является перспективным способом охлаждения электронного и микроэлектронного оборудования и успешно используется в ряде практических приложений. Бурное развитие и миниатюризация вычислительной техники, в частности, использование трехмерных упаковок чипов ставит новые научные задачи. Развитие микроэлектроники идет путем существенного увеличения неоднородности тепловыделения на чипах. Локальный тепловой поток в отдельных областях чипа размером порядка 0,1- 2 мм, может превышать более чем на порядок среднюю плотность теплового потока на чипе и может иметь значение 1 кВт/см2 и выше. Возникает новая проблема кипения недогретой до температуры насыщения жидкости в плоском мини- и микроканале при локальном нагреве со стороны подложки, которая является систематически неисследованной. В рамках проекта будет впервые проведено систематическое изучение влияния неоднородности нагрева на кипение и кризис теплообмена в канале на примере течения воды. Будет исследована зависимость критического теплового потока от высоты канала и размера нагревателя, изучена динамика пузыря на масштабе десятков микросекунд и менее. Ставится задача выявить влияние зацепления пузыря на локальном нагревательном элементе в микроканале на развитие кипения и кризис теплообмена. Предполагается, что эффект «зацепления пузыря» может оказывать очень существенное влияние на величину критического теплового, т.е. снижать его на порядок по сравнению с однородным нагревом. Особенно существенное влияние эффект «зацепления пузыря» может оказывать при малых расходах жидкости. Поэтому исследования будут выполнены при относительно малых расходах жидкости характерных для систем охлаждения в микроэлектроники, а также при варьировании расхода более чем на порядок (числа Рейнольдса от 10 до 300). Диапазон высоты канала будет изменяться от 0,3 мм до 2 мм с шагом 0.2 мм для малых размеров. Недогрев воды будет также изменяться примерно на порядок от 70-75 К до 10 К.В результате выполнения проекта будут получены новые экспериментальные данные, выполнены обобщения и предложены новые корреляции. Будут установлены основные механизмы возникновения кризиса теплообмена при кипении в микро- и миниканалах при интенсивном неоднородном нагреве. Будет проведен анализ применимости кипения в каналах для охлаждения оборудования с существенно неоднородным тепловыделением. Инженеры проектирующие системы охлаждения микроэлектроники с кипением жидкости, в публикациях по проекту, получат новые и важные данные, а также корреляции, которые позволят уточнить процесс проектирования. По результатам исследований предполагается опубликовать не менее 10 статей реферируемых в Scopus и Web of Sciences, из них не менее двух в журналах Q1. Коллектив исполнителей состоит из научных сотрудников и аспирантов Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН, а также студентов Новосибирского Государственного Университета.