Исследование интенсификации теплообмена при кипении наножидкости на поверхности нагрева с нанорельефом

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.

1. Сироткина 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Справочник по теплообменникам. В 2 т. / Пер. с англ. под ред. О. Г. Мартыненко [и др.]. Москва: Энергоатомиздат, 1987. Т. 1. 560 с.

8. 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).

9. 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. 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.

11. 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.

12. 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.