avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2024-8-2-38-44FKWPNKavroen-7Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGИсследование интенсификации теплообмена при кипении наножидкости на поверхности нагрева с нанорельефомThe study of heat transfer intensification during boiling of a nanofluid on a heating surface with a nanoreliefhttps://orcid.org/0000-0002-5168-2502СлободинаЕ. Н.SlobodinaE. N.

Слободина Екатерина Николаевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплоэнергетика». SPIN-код: 3785-9045. ResearcherID: R-7340-2016.

644050, Омск, пр. Мира, 11

Slobodina Ekaterina Nikolaevna - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Heat Power Engineering     Department, SPIN-code: 3785-9045. ResearcherID: R-7340-2016.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

slobodina_e@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5168-2502МихайловА. Г.MikhailovA. G.

Михайлов Андрей Гаррьевич - кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Теплоэнергетика» ОмГТУ. SPIN-код: 7337-8036. AuthorID (РИНЦ): 385534. AuthorID (SCOPUS): 56503044200

644050, Омск, пр. Мира, 11

Mikhailov    Andrey        Garrievich - Candidate    of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Heat Power Engineering Department, OmSTU, SPIN-code: 7337-8036. AuthorID (RSCI): 385534. AuthorID (SCOPUS): 56503044200.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

https://orcid.org/0000-0003-2622-7492РогачевЕ. А.RogachevE. A.

Рогачев Евгений Анатольевич - кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Физика» ОмГТУ. SPIN-код: 1373-4622. AuthorID (SCOPUS): 56503848300. ResearcherID: AAS-1459-2020.

644050, Омск, пр. Мира, 11

Rogachev Evgeniy Anatolyevich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Physics Department. SPIN-code: 1373-4622. AuthorID (SCOPUS): 56503848300. ResearcherID: AAS-1459-2020.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

ПарамоновА. М.ParamonovA. M.

Парамонов Александр Михайлович - доктор технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры «Теплоэнергетика» ОмГТУ, SPIN-код: 8602-0554. AuthorID (РИНЦ): 664116. AuthorID (SCOPUS): 16474089900. ResearcherID: D-4355-2016.

 644050, Омск, пр. Мира, 11

Paramonov Aleksandr Mikhaylovich - Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of Heat and Power Engineering Department, OmSTU, SPIN-code: 8602-0554. AuthorID (RSCI): 664116. AuthorID (SCOPUS): 16474089900. ResearcherID: D-4355-2016.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

ГассЕ. А.GassE. A.

Гасс Евгений Андреевич - магистрант кафедры «Теплоэнергетика» ОмГТУ.

644050, Омск, пр. Мира, 11

Gass Evgeniy Andreyevich - Undergraduate of Heat Power Engineering Department, OmSTU.

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

Омский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202430062024823844Copyright © Слободина Е.Н., Михайлов А.Г., Рогачев Е.А., Парамонов А.М., Гасс Е.А., 20242024Слободина Е.Н., Михайлов А.Г., Рогачев Е.А., Парамонов А.М., Гасс Е.А.Slobodina E.N., Mikhailov A.G., Rogachev E.A., Paramonov A.M., Gass E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/7

Расчетные и экспериментальные исследования процессов тепломассопереноса при кипении жидкостей, выполняющих роль теплоносителей, в настоящее время являются актуальными, так как охватывают многие области энергетики и могут способствовать развитию новых способов повышения эффективности энерговырабатывающих станций. При использовании наножидкостей в качестве теплоносителей при температуре насыщения с практической точки зрения интерес вызывают процессы осаждения наночастиц с последующим формированием нанослоя на нагретой поверхности. Исследование процессов образования нанослоя при кипении имеет цель: оценка влияния отложений на теплообмен при кипении. В результате проведенных экспериментальных исследований показано, что при достижении температуры насыщения в наножидкости формируются отложения на теплообменной поверхности, обладающие пористой структурой, что вызывает качественные изменения твердой поверхности нагревателя — изменяется величина шероховатости. При этом на начальном этапе величина шероховатости растет, что обусловлено осаждением наночастиц на поверхности нагрева, но через определенное время величина шероховатости убывает из-за выравнивания профиля отложений.

The study of the boiling liquids processes is currently relevant, as it affects many energy areas and can offer new ways to improve the efficiency of energy plants. The properties and the nanolayer formation processes on the heater surface are the area of interest. Modification of the heater surface in power machinery with the formation of a porous layer on them is more promising than using nanofluid as a heat transfer fluid. The research of the nanolayer formation a during boiling provides insights into its properties and its effect on heat transfer during boiling. It has been experimentally established that when the suspension boils, porous deposits form on the heat exchange surface. Initially, the roughness caused by the deposition of nanoparticles increases, but after a while it begins to decrease due to the alignment of the sediment profile.

наножидкостьнаночастицытемпература насыщениякипениетеплообменкоэффициент теплоотдачиnanofluidnanoparticlessaturation temperatureboilingheat transferheat transfer coefficientReferencesСироткина А. Л., Федорович Е. Д., Сергеев В. В. Образование пористого слоя наночастиц на поверхности нагревателя при кипении наножидкости // Теплофизика высоких температур. 2018. Т. 56, № 5. С. 805–812. DOI: 10.31857/s004036440002710-5. EDN: VPUYOT.Sirotkina A. L., Fedorovich E. D., Sergeyev V. V. Obrazovaniye poristogo sloya nanochastits na poverkhnosti nagrevatelya pri kipenii nanozhidkosti [Formation of a porous nanoparticle layer on a heater surface upon the boiling of a nanofluid] // Teplofizika vysokikh temperature. High Temperature. 2018. Vol. 56, no. 5. P. 805–812. DOI: 10.31857/s004036440002710-5. EDN: VPUYOT. (In Russ.).Макеев А. Н., Кирюхин Я. А. Проблемы и перспективы использования наножидкостей в теплоэнергетике // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2022. Т. 49, № 3. С. 24–31. DOI: 10.21822/2073-6185-2022-49-3-24-31. EDN: VAAQFW.Makeyev A. N., Kiryukhin Ya. A. Problemy i perspektivy ispol’zovaniya nanozhidkostey v teploenergetike [Problems and prospects for the use of nanofluids in thermal power engineering] // Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki. Herald of Daghestan State Technical University. Technical Sciences. 2022. Vol. 49, no. 3. P. 24–31. DOI: 10.21822/2073-6185-2022-49-3-24-31. EDN: VAAQFW. (In Russ.).Okonkwo E. C., Wole-Osho I., Almanassra I. W. [et al.]. An updated review of nanofluids in various heat transfer devices // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2021. Vol. 145. P. 2817–2872. DOI: 10.1007/s10973-020-09760-2.Okonkwo E. C., Wole-Osho I., Almanassra I. W. [et al.]. An updated review of nanofluids in various heat transfer devices // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2021. Vol. 145. P. 2817–2872. DOI: 10.1007/s10973-020-09760-2. (In Engl.).Слободина Е. Н., Михайлов А. Г., Гасс Е. А. Экспериментальные и расчетные исследования процесса кипения наножидкости // Известия Транссиба. 2023. № 1 (53). С. 103–109. EDN: NYYGES.Slobodina E. N., Mikhaylov A. G., Gass E. A. Eksperimental’nyye i raschetnyye issledovaniya protsessa kipeniya nanozhidkosti [Experimental and computational studies of the nanofluidic boiling process] // Izvestiya Transsiba. Journal of Transsib Railway Studies. 2023. No. 1 (53). P. 103–109. EDN: NYYGES. (In Russ.).Fedorovich E. D., Kovalenko A. N., Makukhin S. S. Modeling the Capillary Inflow of a Liquid to Dry Spots Above Vapor Bubbles as a Factor of Increasing the Critical Heat-Flux Density During the Boiling on a Porous Surface // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2022. Vol. 95, № 2. P. 473–483. DOI: 10.1007/s10891-022-02504-z.Fedorovich E. D., Kovalenko A. N., Makukhin S. S. Modeling the Capillary Inflow of a Liquid to Dry Spots Above Vapor Bubbles as a Factor of Increasing the Critical Heat-Flux Density During the Boiling on a Porous Surface // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2022. Vol. 95, no. 2. P. 473–483. DOI: 10.1007/s10891-022-02504-z. (In Engl.).Васильев Н. В., Вараксин А. Ю., Зейгарник Ю. А. [и др.]. Характеристики кипения воды, недогретой до температуры насыщения, на структурированных поверхностях // Теплофизика высоких температур. 2017. Т. 55, № 6. С. 712–719. DOI: 10.7868/S0040364417060060. EDN: XHDQOH.Vasilyev N. V., Varaksin A. Yu., Zeygarnik Yu. A. [i dr.] Kharakteristiki kipeniya vody, nedogretoy do temperatury nasyshcheniya, na strukturirovannykh poverkhnostyakh [Characteristics of subcooled water boiling on structured surfaces] // Teplofizika vysokikh temperatur. High Temperature. 2017. Vol. 55, no. 6. P. 712–719. DOI: 10.7868/S0040364417060060. EDN: XHDQOH. (In Russ.).Справочник по теплообменникам. В 2 т. / Пер. с англ. под ред. О. Г. Мартыненко [и др.]. Москва: Энергоатомиздат, 1987. Т. 1. 560 с.Spravochnik po teploobmennikam. V 2 t. [Handbook of heat exchangers. In 2 vols.] / trans. from Engl. by O. G. Martynenko [et al.]. Moscow, 1987. Vol. 1. 560 p. (In Russ.).Henning F., Andrea L. Nucleate Boiling in Water for Different Pressures // International Refrigeration and Air Conditioning Conference. 2008. Paper 982. URL: http://docs.lib.purdue.edu/iracc/982 (дата обращения: 21.02.2024).Henning F., Andrea L. Nucleate Boiling in Water for Different Pressures // International Refrigeration and Air Conditioning Conference. 2008. Paper 982. URL: http://docs.lib. purdue.edu/iracc/982 (accessed: 21.02.2024). (In Engl.).Slobodina E. N., Mikhailov A. G. Application peculiarities of the higherature fluids containing nanoparticles in gas-tube boilers // Journal of physics: Conference series. Series 15th International Scientific and Technical Conference, PESPC 2020. Saratov. 2020. Vol. 1652. P. 012037. DOI: 10.1088/1742-6596/1652/1/012037.Slobodina E. N., Mikhailov A. G. Application peculiarities of the higherature fluids containing nanoparticles in gas-tube boilers // Journal of physics: Conference series. Series 15th International Scientific and Technical Conference, PESPC 2020”. Saratov. 2020. Vol. 1652. P. 012037. DOI: 10.1088/1742-6596/1652/1/012037.10. (In Engl.).Лисинь Ч. Критический тепловой поток в микроканалах и в замкнутом пространстве. Обзор экспериментальных исследований и методов прогнозирования // Российский химический журнал. 2011. T. LV, № 2. С. 85–98.Lisin’ Ch. Kriticheskiy teplovoy potok v mikrokanalakh i v zamknutom prostranstve. Obzor eksperimental’nykh issledovaniy i metodov prognozirovaniya [Critical heat flow in microchannels and in a confined space. Review of experimental studies and forecasting methods] // Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal. Russian Journal of General Chemistry. 2011. Vol. LV, no. 2. P. 85–98. (In Russ.).Терехов В. И., Калинина С. В., Леманов В. В. Механизм теплопереноса в наножидкостях: современное состояние проблемы (обзор). Часть 2. Конвективный теплообмен // Теплофизика и аэромеханика. 2010. Т. 17, № 2. С. 173–188. EDN: NDNMOT.Terekhov V. I., Kalinina S. V., Lemanov V. V. Mekhanizm teploperenosa v nanozhidkostyakh: sovremennoye sostoyaniye problemy (obzor). Chast’ 2. Konvektivnyy teploobmen [The mechanism of heat transfer in nanofluids: state of the art (review). Part 2. Convective heat transfer] // Teplofizika i aeromekhanika. Thermophysics and Aeromechanics. 2010. Vol. 17, no. 2. P. 173–188. EDN: NDNMOT. (In Russ.)Rahimian A., Kazeminejad H., Khalafi H. [et al.]. Boiling Heat Transfer and Critical Heat Flux Enhancement Using Electrophoretic Deposition of SiO2 Nanofluid //science and Technology of Nuclear Installations. 2019. Vol. 2019 (5-6). 1272156. P. 1–10. DOI: 10.1155/2019/1272156.Rahimian A., Kazeminejad H., Khalafi H. [et al.]. Boiling Heat Transfer and Critical Heat Flux Enhancement Using Electrophoretic Deposition of SiO2 Nanofluid //science and Technology of Nuclear Installations. 2019. Vol. 2019 (5-6). 1272156. P. 1–10. DOI: 10.1155/2019/1272156. (In Engl.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.