Исследование смачивания и конденсации на горизонтальной трубе с покрытием


DOI: 10.34759/tpt-2023-15-2-72-78

Авторы

Кузма-Кичта Ю. А.*, Иванов Н. С.**, Чугунков Д. В.

Национальный исследовательский университет «МЭИ», Красноказарменная ул., 14, Москва, 111250, Россия

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

Аннотация

В работе исследовано смачивание поверхности с микро- и нанорельефом. Измерены краевые углы для рельефов поверхности, полученных пескоструйной обработкой, прокаткой, химической полировкой, микродуговым оксидированием и формированием с помощью частиц углерода. Представлена технология формирования поверхности с высокими гидрофобными свойствами, описано получение рельефа такой поверхности. Предложен способ формирования гидрофобной поверхности, включающий нанесение микрорельефа с помощью обработки абразивным песком и пасты из наночастиц углерода. Разработанный способ гидрофобизации поверхности позволяет достичь краевого угла 155 градусов. Для достижения супергидрофобного эффекта необходимо комбинировать микрорельеф поверхности, слой наночастиц и тонкую пленку гидрофобизатора. Эффект гидрофобизации для трубы с разработанным покрытием сохранялся в течении трех месяцев. Проведены опыты по конденсации водяного пара на горизонтальной трубе с разработанным покрытием.

Получены данные по теплоотдаче при конденсации водяного пара на медной трубе с разработанным покрытием. Показано, что разработанное покрытие увеличивает КТО в два раза в следующих условиях: температурный напор от 10 до 40 градусов, газосодержание от 20 до 80 %, давление от 0.009 до 0.1 МПа. Повышение теплоотдачи при конденсации на трубе с разработанным покрытием воспроизводилось в течении одного месяца в исследованных условиях.


Ключевые слова:

смачивание, краевой угол, наночастицы, гидрофобность, гидрофильность

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, 2016, 564 p.
  2. Кузма-Кичта Ю.А., Иванов Н.С., Лавриков А.В. Снижение термического сопротивления термостабилизатора с помощью нанесения в испарителе покрытия из микро- и наночастиц // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14. № 2. С. 50–55. DOI: 10.34759/tpt-2022-14-2-50-55.
  3. Kuznetsov G.V., Feoktistov D.V., Orlova E.G. et al. The influence of the drop formation rate at spreading over a microstructured surface on the contact angle. Thermophysics and Aeromechanics, 2018, vol. 25, pp. 237–244.
  4. Kandlikar S.G. A Theoretical Model to Predict Pool Boiling CHF Incorporating Effects of Contact Angle and Orientation. Journal Heat Transfer, 2001, vol. 123 (6), pp. 1071–1079.
  5. 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. C. 447–452. DOI: 10.34759/tpt-2019-11-10-447-452
  6. Young T. Philosophy Transaction Royal Society, 1805, 95, 65 p.
  7. Kim D., Kim J., Hwang W. Prediction of contact angle on a microline patterned surface. Surface Science Letters, 2006, vol. 600, no. 22, pp. 301–304.
  8. Deng X., Mammen L., Butt H.J., Vollmer D. Candle soot as a template for a transparent robust superamphiphobic coating. Science, 2011, vol. 335 (6064), pp. 67–70 DOI: 10.1126/ science.1207115
  9. Daniel J., Daniela L., Nenad M, Jing K., Evelyn N. Scalable Graphene Coatings for Enhanced Condensation Heat Transfer. Nano Letters, 2015, vol. 15 (5), pp. 2902–2909.
  10. 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, pp. 30–35 URL: https://doi.org/10.1007/s10891-021-02270-4
  11. Kuzma-Kichta Y.A., Ivanov N.S., Chugunkov D.V. et al. Wetting of Hydrophobic and Hydrophilic Coatings. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2021, vol. 94, pp. 1549–1556.
  12. Кузма-Кичта Ю.А., Иванов Н.С., Чугунков Д.В., Лавриков А.В. Исследование смачивания поверхности с комбинированной структурой // Теплофизика и аэромеханика. 2021. T. 28. № 6. С. 893–900.
  13. Способ формирования комбинированной супергидрофобной структуры поверхности: пат. Российская Федерация / Кузма-Кичта Ю.А., Чугунков Д.В., Лавриков А.В., Иванов Н.С. — № 2769107; заявка 17.06.21, опубл. 28.03.22. Бюл. № 10.
  14. Способ формирования гидрофобной текстуры на поверхности металла: пат. Российская Федерация / Кузма-Кичта Ю.А., Иванов Н.С., Чугунков Д.В., Киселев А.С. — № 2750831, заявка 23.11.2020, опубл. 05.07.2021. Бюл. № 19.
  15. Кузма-Кичта Ю.А., Комендантов А.С., Лавриков А.В., Иванов Н.С., Чугунков Д.В. Интенсификация теплообмена при конденсации на трубе с наногидрофобным покрытием при высоком газосодержании // Материалы Восьмой Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 17–22 октября 2022 г.). В 2 т. Т. 2. Москва, 2022. С. 144–145.
  16. Henderson C.L., Marchello J.M. Film Condensation in the Presence of a Noncondensable Gas. Journal Heat Transfer, 1969, vol. 91(3), pp. 447–450.
  17. Sapozhnikov S.Z., Mityakov V.Y., Mityakov A. Heatmetry: The Science and Practice of Heat Flux Measurement. Springer, 2020, 232 p. URL: https://doi.org/10.1007/978-3-030-40854-1_1
  18. Исаченко В.П., Солодов А.П., Мальцев А.П., Якушева Е.В. Асимптотический анализ капельной конденсации // Теплофизика высоких температур. 1984. Т. 22. Вып. 5. С. 924–932.
  19. Берман Л.Д., Фукс С.Н. Влияние примеси воздуха на теплоотдачу при конденсации движущегося пара // Известия Всесоюзного теплотехнического института. 1952. № 1. С. 11–18.
  20. Комендантов А.С., Ковалев С.А., Петухов Б.С. Экспериментальное исследование теплоотдачи при конденсации пара четырехокиси азота, частично прошедшего вторую стадию диссоциации // Теплофизика высоких температур. 1971. Т. 9 (1). С. 207–209.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024