Экспериментальное исследование теплообмена при кипении на структурированных поверхностях

Задачей проекта является исследование теплообмена и критических тепловых потоков (КТП) при кипении, как в условиях свободной конвекции, так и в каналах малого диаметра при вынужденной, в том числе на микроструктурированных поверхностях. Задача является как фундаментальной научной, так и важнейшей прикладной, решение которой необходимо для создания современных эффективных теплообменных аппаратов, использующих фазовые переходы. В настоящее время самой актуальной задачей создания теплообменных аппаратов является поиск решений, обеспечивающих уменьшение габаритов при одновременном увеличении плотности теплового потока. Плотности тепловых потоков достигают значений порядка 1 МВт/м2, которые могут быть восприняты, как правило, только при использовании фазовых переходов. Примером могут служить разнообразные устройства охлаждения элементов силовой электроники и микропроцессорных элементов. Наиболее активно выполняются исследования интенсификации теплообмена при кипении за счет модификации/структурирования поверхности кипения.Научная новизна исследований обуславливается нацеленностью на получение нескольких новых результатов:– значения коэффициентах теплоотдачи (КТО) и КТП при кипении воды и хладонов в условиях свободной конвекции на струтурированных поверхностях. Изготовление поверхностей будет выполнено на кафедре по отработанным технологиям. Для одной из них, наличие на кафедре единственной в РФ линейной плазменной стационарной установки гарантирует получение уникальных тестовых теплообменных поверхностей с иерархической пористой мезоструктурой;– данные о КТП при кипении хладонов в каналах с характерным поперечным размером 1 мм, в том числе со структурированной поверхностью, в широком диапазоне параметров потока на входе в рабочий участок (относительная энтальпия от -0.1 до 0.5, давление относительно критического от 0.1 до 0.7, массовая скорость от 100 до 4000 кг/м2с). Для некоторых сочетаний параметров для гладких каналов существуют единичные опытные данные;– модели кризиса теплообмена при кипении для структурированных пористых поверхностей, учитывающая возможность капиллярного притока жидкости в зону интенсивного испарения, и для течения в канале для различных областей относительных энтальпий.Для структурирования поверхностей используются методы, отработанные на кафедре ОФиЯС НИУ «МЭИ» при участии авторов проекта. Методы уникальны и включают в себя плазменно-тепловое воздействие на образцы на установке ПЛМ, модифицирование поверхностей при нанесении наноуглеродного покрытия с последующей обработкой интенсивным лазерным или электронным облучением. Методы позволяют создавать микро и мезоструктуры, как регулярные, так и с иерархической структурой.