Влияние микро- и нано- структурированных поверхностей на тепломассоперенос при испарении капель жидкости

Стремительные темпы развития силовой и микроэлектроники (чипы, вычислительные процессоры, светодиодная техника, лазеры, радары, конверторы и инверторы и др.), а также глобальная миниатюризация устройств в различных областях техники (энергетика, автомобилестроение, транспорт, авиация, космическая индустрия, химическая промышленность, биотехнологии, медицина и др.), требуют развития новых методов существенной интенсификации передачи теплоты. В подавляющем большинстве случаев необходимо, чтобы системы теплоотвода имели минимально возможные расходы рабочего материала и сред, а также обеспечивали продолжительную и безопасную работу при относительно низкой разности температур между теплоотдающей поверхностью и стоком тепла. Таким образом, системы охлаждения должны быть компактные, высокоэффективные, безопасные и надежные. Данным требованиям отвечают системы, использующие процессы с изменением агрегатного состояния вещества (т.е. фазового перехода, на который затрачивается значительное количество тепла). Соответственно, перспективными представляются двухфазные испарительные системы охлаждения, где основным механизмом теплоотвода от источника тепла является интенсивное испарение микроразмерных пленок или капель жидкости за счет скрытой теплоты парообразования. Существенная интенсификация теплообмена и эффективное охлаждение могут быть реализованы на основе создания максимально возможной суммарной протяженности динамических контактных линий – областей сверхинтенсивного испарения. Капли жидкости могут обеспечивать очень высокую эффективность теплообмена, которая обусловлена: интенсивным испарением (на линии контакта трех фаз), нестационарностью процесса и динамическим контактным углом. Определение вклада контактной линии в общий теплообмен является нетривиальной теоретической и экспериментальной задачей. Впервые будут проведены комплексные экспериментальные исследования теплообмена и динамики капли при интенсивном испарении в области границы раздела газ-жидкость. Для исследования влияния смачиваемости (наступающий и отступающий краевые углы) на динамику и испарение капель будут использоваться микро- и нано- структурированные поверхности. Это позволит варьировать в широком диапазоне условия смачиваемости и шероховатости, при этом оставляя практически неизменными теплофизические свойства подложки (теплопроводность, теплоемкость). Будут созданы микро- и наноструктурированные поверхности, позволяющие значительным образом интенсифицировать процесс теплообмена при испарении капель жидкости.