Исследование теплообмена при кипении недогретой воды с добавлением микро- и наночастиц


Авторы

Бобылев П. Г.*, Павлов А. В., Кикоть Н. Е., Бикмулин А. В., Сапожников С. З.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия

*e-mail: pavel_b.g.97@mail.ru

Аннотация

Исследовано кипение недогретой воды с добавлением микро- и наночастиц Al2O3 и TiO2. Методом градиентной теплометрии получены зависимости местной плотности теплового потока на поверхности теплообмена от времени. При рассмотрении интенсификации теплообмена при кипении недогретой жидкости на перегретой поверхности в большом объеме основным критерием является максимальная плотность теплового потока. Этот параметр напрямую зависит от времени существования переходного и пленочного режимов. Получены зависимости плотности теплового потока от недогрева взвеси, концентрации частиц, их размера и материала. Градиентная теплометрия перспективна при изучении фазовых переходов и нестационарных процессов, поскольку позволяет напрямую определять местную плотность теплового потока.

Ключевые слова:

градиентная теплометрия, гетерогенные градиентные датчики теплового потока, местная плотность теплового потока, временная теплограмма, максимальная плотность теплового потока, микро- и наночастицы Al2O3 и TiO2

Библиографический список

  1. Bromley Z. Heat transfer in stable film boiling // Chemi cal Engineering Progress. 1952. Vol. 56. № 5. P. 221–227.

  2. Лабунцов Д.А. Физические основы энергетики. Избранные труды по теплообмену, гидродинамике, термодинамике. Москва: Издательство «МЭИ», 2000. 388 с.

  3. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопереда чи. Москва: «Энергия», 1977. 344 с.

  4. Zaboli S., Alimoradi H., Shams M. Numerical investi gation on improvement in pool boiling heat transfer characteristics using different nanofluid concentrations // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2022. № 147 (6). P. 10659–10676. DOI: 10.1007/s10973-022-11272-0. URL: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s10973-022-11272-0.pdf

  5. Georgoulas A., Marengo M. Numerical Simulation of Pool Boiling: The Effects of Initial Thermal Boundary Layer, Contact Angle and Wall Superheat // 14th UK Heat Transfer Conference, Edinburgh, United Kingdom, 2015. URL: https://core.ac.uk/download/pdf/188255378.pdf

  6. Vladimirov V.Yu., Chinov E.A. Heat transfer enhancement when boiling on finned surfaces // APTPH XVI 2020, Journal of Physics: Conference Series, 2021. Vol. 1867. DOI: 10.1088/1742-6596/1867/1/012024

  7. Khooshehchin M., Mohammadidoust A., Fathi S. Experimental Investigation of Stabilizers of Nanofluid in the Pool Boiling Process // Heat Transfer Engineering, 2023. Vol. 44 (5). P. 442–460.

  8. Reddy Y.A., Venkatachalapathy S. Heat Transfer En hancement Studies in Pool Boiling using Hybrid Nanoflu ids // Thermochimica Acta. 2018. Vol. 672. P. 93–100.

  9. Lotfi H., Shafii M.B. Boiling heat transfer on a high tem perature silver sphere in nanofluid // International Journal of Thermal Sciences. 2009. Vol. 48. P. 2215–2220.

  10. Ягов В.В., Забиров А.Р., Лексин М.А. Нестационар ный теплообмен при пленочном кипении недогретой жидкости // Теплоэнергетика. 2015. № 11. C. 70–80.

  11. Venkitesh V., Dash S. Enhancement of quenching heat transfer performance through destabilization of vapor film // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2023. Vol. 204. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.123851

  12. Pavlenko A.N., Zhukov V.I. Symmetry of structures under two-dimensional instability in a finite-height horizontal layer of boiling liquid // Symmetry. 2023. Vol. 15. № 9. URL: https://doi.org/10.3390/sym15091792

  13. Li Q., Zhang Z. Z., Gao X. Experimental Study on Pool Boiling Heat Transfer for R22, R407c, and R410a on a Horizontal Tube Bundle With Enhanced Tubes // Heat Transfer Engineering. 2011. Vol. 32. P. 943–948. DOI: 10.1080/01457632.2011.556369

  14. Dedov A.V. A Review of Modern Methods for Enhancing Nucleate Boiling Heat Transfer // Thermal Engineer ing. 2019. Vol. 66. No. 12. P. 881–915.

  15. Kamel M.S., Lezsovits F., Hussein A.K. Experimental studies of flow boiling heat transfer by using nanofluids // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2019. Vol. 138. P. 4019–4043.

  16. Fang X., Wang R., Chen W., Zhang H., Ma C. A re- view of flow boiling heat transfer of nanofluids // Applied Thermal Engineering. 2015. Vol. 91. P. 1003–1017.

  17. Pinto R.V., Fiorelli F.A.S. Review of the mechanisms responsible for heat transfer enhancement using nanofluids // Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 108. P. 720–739.

  18. Mukherjee S., Ebrahim S., Purna C.M., Naser A., Chaudhur P. A review on pool and flow boiling enhancement using nanofluids: nuclear reactor application // Processes. 2022. Vol. 10. Iss. 1. URL: https://www.mdpi.com/2227-9717/10/1/177

  19. Гусаков А.А., Греков М.А., Сероштанов В.В. Аэродинамика и теплообмен на поверхности одиночного кольцевого ребра // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки. 2018. Т. 11. № 2. С. 151–164. DOI: 10.18721/JPM.11214

  20. Сапожников С.З., Митяков В.Ю., Митяков А.В., Зайнуллина Э.Р., Бабич А.Ю. Изучение пленочной конденсации насыщенного водяного пара на поверх ностях труб методом градиентной теплометрии // Теплоэнергетика. 2021. № 10. С. 73–81. DOI: 10.1134/S0040363621090071

  21. Bobylev P.G., Pavlov A.V., Proskurin V.M., Andre- yev Y.V., Mityakov V.Y. Sapozhnikov S.Z. Gradient Heatmetry in a Burners Adjustment // Inventions. 2022. Vol. 7. URL: https://doi.org/10.3390/inventions7040122

  22. Сапожников С.З., Митяков В.Ю., Митяков А.В., Гусаков А.А., Павлов А.В., Бобылев П.Г. Исследование кипения на поверхности шара методом градиентной теплометрии // Тепловые процессы в тех нике. 2021. Т. 13. № 10. С. 434–441. DOI: 10.34759/ tpt-2021-13-10-434-441

  23. Павлов А.В., Бобылев П.Г., Сапожников С.З. Градиентная теплометрия в исследовании теплообмена при кипении в большом объеме недогретой воды и жидкости с добавлением микрочастиц Al2O3 // Теплоэнергетика. 2023. № 3. С. 40–48.

  24. Kouloulias K., Sergis A., Hardalupas Y., Barrett T.R. Visualisation of subcooled pool boiling in nanofluids // Fusion Engineering and Design. 2018. Vol. 146. P. 153–165. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2018.12.005

  25. Sapozhnikov S.Z., Mityakov V.Yu., Mityakov A.V., Babich A.Yu, Zainullina E.R. The study of heat flux measurement for heat transfer during condensation at pipe surfaces // Technical Physics Letters. 2019. Vol. 45. P. 321–323.

  26. Sapozhnikov S.Z., Mityakov V.Yu., Mityakov A.V. Heatmetry: The science and practice of heat flux measurement. St.-Petersburg: Springer, 2020. 209 p.

  27. Митяков В.Ю., Павлов А.В., Бобылев П.Г. Созда ние и градуировка первичных преобразователей на основе композиции медьникель // Международный научный форум «Неделя науки – 2019» (Санкт- Петербург, 18–23 ноября 2019 г.). Санкт-Петербург: Политехпресс, 2020. С. 164–166.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024