Создание поверхностей с контрастной смачиваемостью для увеличения интенсивности теплообмена при кипении

Управление смачиваемостью поверхности материалов, используемых в высокоэффективной энергетике, микроэлектронике, микромеханике, высокоточном приборостроении, производстве устройств диагностики и анализа, производстве медицинского оборудования, авиа- и ракетостроении и т.д. может существенно улучшить их показатели. Смачиваемость материала существенно влияет на процессы, происходящие на его поверхности, такие как теплообмен, кипение, конденсация, испарение, динамика течения жидкости и другие. Особый интерес представляют поверхности с контрастной смачиваемостью на микро- и наноуровне. Такие поверхности обладают рядом преимуществ, например, повышают критические тепловые потоки при кипении за счёт супергидрофильных свойств, с одной стороны, но в тоже время препятствуют осаждению загрязнений из теплоносителя на теплообменную поверхность, с другой стороны, благодаря супергидрофобным свойствам. Производство таких поверхностей существующими методами достаточно сложно, трудоемко и не всегда возможно. Поэтому имеется потребность в разработке (развитии) недорогих, универсальных и масштабируемых методов модификации поверхностей различных материалов для достижения эффекта контрастной смачиваемости. В представленном проекте предлагается развить разработанный в Проекте 2018 года комбинированный метод достижения контрастного смачивания на поверхности с помощью сочетания двух способов ее обработки – импульсной лазерной абляции и химического осаждения из активированной газовой фазы. Суть метода заключается в том, что супергидрофильность достигается путем обработки материала лазерным излучением, а в качестве гидрофобной составляющей используется тонкая плёнка фторполимера, полученная методом химического осаждения из газовой фазы. Контрастное смачивание достигается локальным удаление фторполимерного покрытия лазерным излучением. С использованием высокоскоростных термографической и видеосъемок будет проведено экспериментальное исследования влияния разработанных модифицированных поверхностей на локальные и интегральные характеристики теплообмена при кипении жидкости. В результате проведенных исследований будут получены новые опытные данные, анализ которых позволит определить оптимальную конфигурацию модифицированных тепловыделяющих поверхностей, приводящую одновременно к максимальным интенсификации теплообмена и повышению критических тепловых нагрузок. Полученная информация поможет более глубоко изучить механизмы тепло- и массообмена при кипении жидкости, а также апробировать имеющиеся и разработать новые подходы к их описанию. Также она послужит научным базисом для выработки практических рекомендаций к использованию исследуемых методов модификации тепловыделяющих поверхностей применительно к задачам повышения эффективности работы систем термостабилизации и другого теплообменного оборудования.