Интенсификация теплообмена и критический тепловой поток в щелевых мини- и микроканалах с микроструями, изготовленных при помощи аддитивных технологий

Проект направлен на решение глобальной проблемы, связанной с поиском новых методов повышения энергоэффективности технологий, в том числе новых методов существенной интенсификации передачи тепла. Данная проблема остро стоит при создании высокоэффективных систем охлаждения, что обусловлено высокими темпами развития электроники и микроэлектроники (чипы, светодиодная техника, лазеры, радары, конверторы и инверторы и др.), а также глобальной миниатюризацией устройств в различных областях техники, таких как энергетика, автомобилестроение, транспорт, авиация, космическая индустрия, химическая промышленность, биотехнологии, медицина. В настоящее время наблюдается повышенный интерес исследователей к теплообменным системам с мини- и микроразмерами, что связано с их большей эффективностью по сравнению с макросистемами. При этом наиболее эффективными системами охлаждения являются микроканальные системы с фазовым переходом (испарением и кипением), которые позволяют отводить высокие тепловые потоки (до 1 кВт/см2 и выше), при относительно небольших расходах теплоносителя. Проблема отвода высоких тепловых потоков остро стоит в системах охлаждения тепловыделяющих элементов различного линейного масштаба от микроэлектронных чипов до стенок термоядерного реактора. Микроструйное охлаждение с фазовым переходом является одним из перспективных методов отвода высоких тепловых потоков и может масштабироваться для охлаждения элементов с различной площадью поверхности. Основной задачей проекта является достижение нового уровня понимания физических процессов, происходящих в двухфазных микроструйных системах охлаждения с фазовым переходом в условиях их малых и сверхмалых размеров при сверхвысоком тепловыделении. Сложность исследования процессов, обуславливающих высокую интенсивность теплообмена в микроканалах в условиях высокого и сверхвысокого тепловыделения вызвана множеством масштабных эффектов, что затрудняет определение пределов по современным возможностям отвода тепла. В Проекте предлагается провести исследование процесса кипения в щелевых мини- и микроканалах с микроструями. Полость (щелевой зазор) канала будет образована между прозрачной в оптическом и ИК-диапазонах сапфировой пластиной, покрытой оптически прозрачным пленочным нагревателем, и изготовленной при помощи аддитивных технологий форсунки с периодическими отверстиями для подвода жидкости в полость канала (перпендикулярно нагревателю) и отвода из нее парожидкостной смеси. Данный подход позволит осуществить систематические измерения локальных и интегральных характеристик теплообмена и гидродинамики совместно с визуализацией процессов кипения и кризиса теплообмена для демонстрации современных возможностей по отводу тепла с осмысленным использованием механизмов интенсификации теплообмена на мини- и микромасштабах.