Интенсификация теплообмена при кипении и испарении на модифицированных поверхностях различного типа в тонких слоях диэлектрической жидкости

Проект направлен на проведение комплексных фундаментальных исследований по разработке, тестированию и прямому сопоставлению перспективных методов интенсификации теплообмена при кипении и испарении в горизонтальных слоях диэлектрических жидкостей. Диэлектрические жидкости являются перспективными теплоносителями, уже сегодня широко используемыми в современной микроэлектронике. Задачей данного проекта является систематическое изучение процессов теплообмена и кризисных явлений при кипении и испарении диэлектрических жидкостей на модифицированных теплоотдающих поверхностях, создаваемых различными методами. При использовании микроструктурированных теплоотдающих поверхностей первого типа будет использован метод селективного лазерного плавления/спекания (SLM/SLS). При проведении экспериментальных исследований будут варьироваться такие основные параметры структурированных капиллярно-пористых покрытий как материал (изменение теплопроводности), длина волны капиллярно-пористых покрытий. В качестве второго типа модифицированных тепловыделяющих поверхностей будут использоваться комбинированные сетчатые покрытия различных форм и конфигураций. В данной серии опытов будут варьироваться параметры сеток, количество и порядок расположения (по нормали от теплоотдающей поверхности) сеток разного размера в сборке. При использовании вышеуказанных комбинированных сетчатых покрытий также в специальных сериях планируется с использованием многоэтапной химической обработки нанесение более мелкомасштабных структур на элементы сеток. Применение данного способа создания таких сложных иерархических структур перспективно для повышения критического теплового потока и коэффициентов теплоотдачи в предкризисных режимах теплообмена. Важнейшей отличительной особенностью проведения исследований в рамках проекта будет являться изучение, выявление характерных переходов в развитии теплообмена, кризисных явлений при кипении и испарении в тонких горизонтальных слоях жидкости к теплообмену, наступлению кризиса теплоотдачи при кипении в условиях большого объема жидкости. Проведение данных систематических опытов на гладкой и микроструктурированной (с капиллярно- пористым покрытием, с сетчатыми покрытиями) поверхностях при изменении толщины горизонтального слоя диэлектрических жидкостей и приведенного давления в широких диапазонах их изменения будет характеризоваться безусловной новизной. Важной составляющей данного цикла исследований является выявление роли масштабного фактора, связанного с влиянием размера охлаждаемой поверхности на теплообменные характеристики (на величину критического теплового потока, распределение коэффициента теплоотдачи по поверхности) в изучаемых гидродинамических режимах теплообмена. В ходе проведения экспериментальных исследований будут проводиться систематические топологическое картографирование и соответствующие измерения смачивающих свойств всех использованных в опытах капиллярно-пористых покрытий и других трехмерных структур, результаты которых важны для корректного анализа ожидаемых экспериментальных результатов и необходимы при построении моделей исследуемых процессов и разработке соответствующих расчетных зависимостей. На основе анализа обширной экспериментальной информации по микрохарактеристикам кипения, получаемых с использованием высокоскоростной видеосъемки, измерениям распределения локальной температуры, параметров различных структур, регистрируемых с использованием высокоскоростной термографической съемки, построения и тестирования моделей теплообмена в данных режимах будут описаны механизмы интенсификации теплообмена и предложены обоснованные методы расчета коэффициентов теплоотдачи в исследованных гидродинамических режимах для данного класса жидкостей. Реализация научной группой в ходе выполнения проекта предлагаемых подходов и идей будет носить по своей комплексности, новизне, несомненно, приоритетный в мире характер.