Рис.1. Рабочий участок для исследования кипения на пластине в большом объеме и его термограмма при q=0.9МВт/м2
1- Поверхность кипения, 2- участок измерения термограииы, 3- электрический нагреватель.
Рис.2. SEM-фотография поверхности кипения (рельеф из частиц Al2O3 - слева, SiC- справа)
По данным эксперимента построены распределения количества пара над рабочим участком (рис. 3), которое позволяет оценить плотность активных центров парообразования на нем при различной шероховатости поверхности. Если начальная шероховатость поверхности большая (Raz=0.16-2.5 мкм), то при отложении наночастиц на поверхности теплоотдача уменьшается, если напротив, начальная шероховатость поверхности небольшая (Raz=0.05-0.1 мкм), то при отложении наночастиц на поверхности теплоотдача увеличивается. Данные видеосъемки показали, что при отложении наночастиц на поверхности количество центров уменьшается, что приводит к уменьшению теплоотдачи. При отложении наночастиц на поверхности с небольшой начальной шероховатостью рост теплоотдачи сопровождается с уменьшением количества пара над рабочим участком, что возможно вызвано ростом конвективной составляющей конвективного потока.
Рис. 3. Кривые кипения воды на трубке из нержавеющей стали и доля площади, занятая паром. 1- Raz=0.16-2.5 мкм, 2- Raz=0.16-2.5 мкм с покрытием из наночастиц Al2O3 3- Raz=0.05-0.1мкм, 4- Raz=0.05-0.1 мкм с покрытием из наночастиц Al2O3
На рис.4. представлена кривая кипения для поверхности с покрытием из наночастиц SiC. Установлено, что при кипении воды на поверхности с покрытием из частиц SiC происходит увеличение коэффициента теплоотдачи по сравнению с трубкой без покрытием.
Краевой угол для поверхности с покрытием меньше, чем для поверхности без покрытия. Краевой угол, для поверхности с покрытием из частиц Al2O3 меньше, чем для поверхности с рельефом из частиц SiC (рис.5). Показано, что критический тепловой поток при кипении увеличивается с уменьшением краевого угла (рис.6). Данные по углам смачивания согласуются с известными данными [9] для горизонтального нагревателя, согласно которым критическая тепловая нагрузка растет с уменьшением краевого угла.
Рис.4. Кривая кипения воды на трубке без покрытия и трубке с покрытием из частиц из карбида кремния. 1- технически гладкая трубка, 2- поверхность с рельефом из наночастиц SiC (50-500нм). Диаметр трубки 1,2 мм, атмосферное давление
Рис. 5 Статический краевой угол для поверхности с покрытием из наночастиц Al2O3 (Θ=9o) и для поверхности без покрытия (Θ=81o).
Рис.6 Относительный критический тепловой поток (отнесенный к поверхности без покрытия) в зависимости от статического кревого угла, вода и поверхность без покрытия (Θ=81o) и поверхность с покрытием из наночастиц Al2O3(Θ=9o) и с покрытием из наночастиц SiC (Θ=62o).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Интенсификация теплообмена при кипении наножидкостей происходит в результате модификации поверхности нагрева.
Использование микро- и нанорельефа поверхности позволяет значительно повысить критическую тепловую нагрузку и коэффициент теплоотдачи при кипении.
В каналах малого диаметра целесообразным является применение микро- и нано рельефа и использование наножидкостей.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ №12-08-00086-а и Президента Российской Федерации МК-5260.2011.8
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Б.В. Дзюбенко, Ю.А. Кузма-Кичта, А.И. Леонтьев, И.И. Федик, Л.П. Холпанов //Интенсификация тепломассообмена на макро-, микро- и наномасштабах. ЦНИИАТОМИНФОРМ, -2008. с.532.
2. Ю.А.Кузма-Кичта, А.В.Лавриков, Ю.П.Штефанов, И.Ф.Прокопенко. Разработкатермостабилизатора круглогодичного действия// Международная научно-практическая конференция по инженерному мерзлотоведению. 7-10 ноября 2011 г., г. Тюмень
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.