Снижение термического сопротивления термостабилизатора с помощью нанесения в испарителе покрытия из микро- и наночастиц


DOI: 10.34759/tpt-2022-14-2-50-55

Авторы

Иванов Н. С.1*, Кузма-Кичта Ю. А.1**, Лавриков А. В.1, Стенина Н. А.2, Штефанов Ю. П.3, Прокопенко И. Ф.3

1. Национальный исследовательский университет «МЭИ», Красноказарменная ул., 14, Москва, 111250, Россия
2. Московский энергетический институт (национальный исследовательский университет), ул. Красноказарменная,14, Москва, 111250, Россия
3. ООО «НьюФрост», Московская область, г. Протвино, 142280,Россия

*e-mail: ivanovniks@mpei.ru
**e-mail: kuzma@itf.mpei.ac.ru

Аннотация

Проведен обзор известных исследований интенсификации теплообмена и снижения термического сопротивления термосифонов и тепловых труб. Данная работа посвящена разработке новой технологии формирования в испарителе термосифона комбинированного покрытия из наночастиц оксида алюминия, нанесенных на структурированную поверхность. Предложена технология формирования в испарителе термосифона пористого покрытия из наночастиц с микротраншеями, которая основана на процессах испарения коллоидной жидкости из наночастиц и ацетона. Получены данные по высоте капиллярного подъема воды и ацетона на поверхности с разработанным покрытием. Пористое покрытие в испарителе позволяет увеличить высоту подъема жидкости от нижней образующей к верхней. Исследовано термическое сопротивление термосифона с горизонтальным слабонаклонным испарителем, имеющим пористое покрытие с микротраншеями. Полученные данные по термическому сопротивлению усовершенствованного термосифона сопоставлены с известными вариантами. Показана возможность снижения термического сопротивления термосифона до трех раз с помощью нанесения в испаритель термосифона разработанного покрытия.

Ключевые слова:

термосифон, капиллярный подъем, пористое покрытие, термическое сопротивление, наночастицы

Библиографический список

  1. Dzyubenko B.V., Kuzma-Kichta Ya.A., Leontiev A.I., Fedik I.I., Kholpanov L.P. Intensification of Heat and Mass Transfer on Macro-, Micro-, and Nanoscale. New York: Begell House, 2016.
  2. Кузма-Кичта Ю.А., Иванов Н.С., Лавриков А.В., Штефанов Ю.П., Прокопенко И.Ф. Исследование методов уменьшения термического сопротивления составного термостабилизатора // Тепловые процессы в технике. 2019. Т. 11. № 10. С. 447‒452.
  3. Кузма-Кичта Ю.А., Лавриков А.В., Штефанов Ю.П. и др. Исследование транспортных свойств испарителя модели термостабилизатора с различной структурой поверхности // Тепловые процессы в технике. 2016. Т. 8. № 9. С. 395‒401.
  4. Kuzma-Kichta Yu.A., Ivanov N.S., Lavrikov A.V., Shtefanov Yu.P., Prokopenko I.F., Skvortsov P.I. Reduction thermal resistance methods in the thermal stabilizer // J. Phys.: Conf. Series. 2019. N 1370.
  5. Vasiliev L.L., Grakovich L.P., Rabetskii M.I., Tulin D.V. Investigation of heat transfer by evaporation in capillary grooves with a porous coating // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2012. Vol. 85. N 2.
  6. Vasiliev L.L. et al. Loop thermosyphons with porous coatings // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2021. N 1139.
  7. Pis’mennyi E.N., Khayrnasov S.M., Rassamakin B.M. Heat transfer in the evaporation zone of aluminum grooved heat pipes // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. Vol. 127. P. 80‒88.
  8. Pis’mennyi E.N. et al. Improving air cooling efficiency of transmit/receive modules through using heat pipes // Thermal Science and Engineering Progress. 2019. Vol. 14. N 3.
  9. Rahmatollah K., Richard F. Heat transfer, flow regime and instability of a nano- and microporous structure evaporator in a two-phase thermosyphon loop // Int. J. Thermal Sci. 2010. Vol. 49. N 7. P. 1183‒1192.
  10. Richard Furberg et al. The Use of a Nano- and Microporous Surface Layer to Enhance Boiling in a Plate Heat Exchanger // Journal of Heat Transfer. 2009. Vol. 131. N 10.
  11. Chen Feng, Sanjeev Chandra. Evaporation of ethanol films wicking on structured, porous coatings deposited on copper plates // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. Vol. 136. P. 821‒831.
  12. Chen F., Subramaniam Y., Sanjeev C. Capillary rise of liquids in thermally sprayed porous copper wicks // Experimental Thermal and Fluid Science. 2018. Vol. 98. P. 206‒216.
  13. Kuzma-Kichta Y.A., Ivanov N.S., Lavrikov A.V. Transport Properties of Coatings Consisting of Al2O3 Nanoparticles // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2021. Vol. 94. N 1. P. 30‒35. DOI: 10.1007/s10891-021-02270-4
  14. Kuzma-Kichta Y.A., Ivanov N.S., Chugunkov D.V., Lavrikov A.V. Wetting of Hydrophobic and Hydrophilic Coatings // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2021. Vol. 94. N 6. P. 1549‒1556. DOI: 10.1007/s10891-021-02435-1
  15. Патент № 2665524. Способ получения наночастиц оксида алюминия / Ю.А. Кузма-Кичта, Н.С. Иванов, А.В. Лавриков и Д.С. Киселев. Россия, 30 августа 2018.
  16. Патент № 2730921. Способ получения наночастиц оксида алюминия / Ю.А. Кузма-Кичта, Н.С. Иванов, А.В. Лавриков и Д.С. Киселев. Россия, 28 августа 2020.
  17. Патент № 2727406. Способ формирования пористого покрытия из наночастиц / Ю.А. Кузма-Кичта, Н.С. Иванов, А.В. Лавриков и Д.С. Киселев. Россия, 21 июля 2020.
  18. Ivanov N.S., Kuzma-Kichta Yu.A., Lavrikov A.V. Investigation of transport properties of porous coatings from nanoparticles of aluminum oxide // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. 2088. 012022.
  19. Kuzma-Kichta Yu., Lavrikov A., Ustinov A. Micro-MAST 2016: Nanoparticle capillary layer for improving thermosyphon // 1st International Conference on Multiscale Applications of Surface Tension, Brussels, Belgium, 2016.
  20. Lavrikov A.V., Hammerschmidt J., Kuzma-Kichta Yu.A., Scholl S. Thermosiphon Reboilers with Enhanced Tubes // Chem. Ing. Tech. 2015. Vol. 87. N 3. P. 1‒8.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024