Интенсификация теплообмена при испарении и кипении жидкостей на модифицированных поверхностях

В настоящее время важной тенденцией развития исследований тепломассообмена при испарении и кипении является изучение интенсификации теплообмена пассивными методами с использованием макро, микро и наноструктурирования тепловыделяющей поверхности, включая комбинированные методы обработки и применение поверхностей с контрастной смачиваемостью. Анализ тематики докладов на ключевых профильных международных конференциях показывает, что вплоть до половины представляемых на них работ посвящены исследованиям интенсификации теплообмена за счет применения модифицированных поверхностей. Повышенный интерес к изучению способов интенсификации теплообмена связан с необходимостью охлаждения современных вычислительных модулей, потребностями силовой электроники, задачами атомной энергетики и т.д. Характерные тепловые потоки, которые требуется отводить в указанных случаях, имеют порядок 100–1000 Вт/см2. Несмотря на то, что основная часть методов интенсификации была заложена в 20-м веке, развитие технологий обработки поверхностей, методов измерения характеристик нестационарных процессов, а также возможностей моделирования позволяют проводить современные исследования на принципиально новом уровне.В работе будет представлен обзор современных исследований по интенсификации теплообмена при испарении и кипении, включая подробное рассмотрение российских исследований (как правило, не представленных в зарубежных обзорных работах, см. [Attinger et al., 2014; Kim et al., 2015; Liang, Mudawar, 2019]) по передовым методам интенсификации. В частности, будут рассмотрены: исследования по интенсификации кипения с применением капиллярно-пористых покрытий; комбинированных поверхностей (микрообребрение плюс пористость – созданных с помощью лазерной 3D-печати); поверхностей, созданных с помощью микродугового оксидирования; исследования теплообмена на поверхностях, полученных доступным высокопроизводительным отечественным методом «деформирующего резания» [Зубков, 2014]; исследования влияния нанопокрытий. Интенсификации процесса испарения будет рассмотрена на примере работ, проведенных с применением стекающих по модифицированным поверхностям пленок жидкости, а также тонких горизонтальных слоев жидкости.В статье будет проведен обзор и анализ ключевых зарубежных работ, таких как, например [Jaikumar, Kandlikar, 2016], где приведены результаты по рекордной интенсификация теплоотдачи при кипении (вплоть до 4361%), полученной авторами для комбинированной поверхности с наношероховатым покрытием внутренней площади прямоугольных микроканалов. Приведенное авторами значение коэффициента теплоотдачи – 2.9 МВт/м2, является, по-видимому, наибольшим из опубликованных на данный момент (для случая кипения воды в условиях большого объема при атмосферном давлении). При рассмотрении представленных результатов в обзоре будут учитываться не только достигнутые авторами статей высокие значения коэффициентов теплоотдачи и критического теплового потока, но также, где возможно, будет проведен критический анализ их прикладной значимости. То есть, рассмотрена возможность применения описанных модифицированных теплообменных поверхностей в реальных рабочих условиях – сопоставлены приведенные авторами и требуемые величины температурных напоров; отмечено наличие или отсутствие информации по воспроизводимости результатов, возможной деградации модифицированной поверхности и т.д.Планируемая к подготовке научная статья будет оригинальной, список литературы будет содержать более 80 наименований, практически не повторяя материал, уже рассмотренный в отечественных и зарубежных монографиях [Thome, 2004; Дзюбенко и др., 2008; Попов и др., 2009; Гогонин, 2018 и т.д.] и обзорных статьях [Attinger et al., 2014; Kim et al., 2015; Суртаев и др., 2016; Liang, Mudawar, 2019 и т.д.], за исключением собственных работ авторов и ключевых работ по рассматриваемой тематике.