Теплоотдача от микроструктурированных поверхностей при однофазном вынужденном течении воды


Авторы

Гетман П. В.1, 2, Щелчков А. В.1, 2*, Гортышов Ю. Ф.1, Тарасевич С. Э.1, Зубков Н. Н.3

1. Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия
2. Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии – филиал Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева», ул. 2-ая Азинская, д. 7 «а», г. Казань, Республика Татарстан, 420088, Россия
3. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1, Москва, 105005, Россия

*e-mail: lexa_kzn@mail.

Аннотация

В работе представлены результаты экспериментального исследования теплоотдачи при вынужденном течении воды от микроструктурированных поверхностей в щелевом канале в диапазоне низких чисел Рейнольдса. Исследуемые микроструктированные поверхности получены ресурсосберегающим (без отходным) методом деформирующего резания с различными конструктивными формами и размерами. Представлено описание экспериментальной установки, приводится методика проведения и обработки экспериментальных данных. По результатам исследования было установлено, что максимальное увеличение коэффициентов теплоотдачи по сравнению с гладкой поверхностью достигает Nu/Nu0 = 16,5.

Ключевые слова:

теплоотдача, метод деформирующего резания, тепловая эффективность, упорядоченная пористость, потери давления

Библиографический список

  1. Kandlikar S.G., Grande W.J. Evolution of microchannel flow passages-thermohydraulic performance and fabrication technology // Heat Transfer Engineering. 2003. Vol. 24. No. 1. P. 3–17. URL: https://doi.org/10.1080/01457630304040

  2. Reeves M., Moreno J., Beucher P., Loong S.J, Bono D. Investigation of an aluminium-copper clad metal baseplate for liquid cooling: Experimental characteriza tion and thermal modelling // Development of Research in Microscale and Nanoscale Thermal and Fluid Sciences. 2016. P. 47–54. URL: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55602525900

  3. Bessanane N., Si-Ameur M., Rebay M. Numerical study of the temperature effects on heat transfer coefficient in mini-channel pin-fin heat sink // International Journal of Heat and Technology. 2022. Vol. 40. No. 1. P. 247–257. URL: https://doi.org/10.18280/ijht.400129

  4. Xu J. Zhang K. Duan J., Lei J. Wu J. Systematic Comparison on Convective Heat Transfer Characteris tics of Several Pin Fins for Turbine Cooling // Crystals. 2021. No. 11, article number 977. URL: https://doi.org/10.3390/cryst11080977

  5. Microscale and Nanoscale Heat Transfer: Analysis, De sign, and Application / Ed. by Mourad Rebay, Sadik Kakac, Renato M. Cotta. Boca Raton, 2016. 505 p. URL: https://doi.org/10.1201/b19261

  6. Skrypnik A.N., Shchelchkov A.V., Popov I.A., Ryzhkov D.V., Sverchkov S.A., Zhukova Y.V., Chornyi A.D., Zubkov N.N. Thermohydraulic Efficiency of Tubes with Internal Spiral Finning // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2018. Vol. 91. No. 1. P. 52–63. URL: https://doi.org/10.1007/s10891-018-1718-y

  7. Кузма-Кичта Ю.А., Иванов Н.С., Лавриков А.В., Стенина Н.А., Штефанов Ю.П., Прокопенко И.Ф. Снижение термического сопротивления термостаби лизатора с помощью нанесения в испарителе покры тия из микро- и наночастиц // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14. № 2. С. 50–55. DOI: 10.34759/ tpt-2023-15-2-72-78

  8. Шанин Ю.И. Применение закрученных потоков в системах охлаждения лазерных зеркал // Тепловые процессы в технике. 2018. Т. 10. № 7–8. С. 307–316.

  9. Федосеев В.Н., Шанин О.И., Шанин Ю.И., Афа насьев В.А. Теплообмен в прямоугольных каналах с теплопроводными стенками при одностороннем нагреве // Теплофизика высоких температур. 1989. Т. 27. № 6. С. 1132–1138.

  10. Nunner W. Warmeubergang und Druckabfall in rauchen Rohren // VDI-Forschungscheft. 1956. No. 455. P. 5–39.

  11. Koch R. Druckverlust und Warmeubergang bei verwir- belter Stromung // VDI-Forschungscheft. 1958. No. 469. P. 44.

  12. Tullius J.F., Tullius T.K., Bayazitoglu Y. Optimization of short micro pin fins in minichannels // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2012. No. 55. P. 3921–3932

  13. Dzyubenko B.V., Dreitser G.A., Yakimenko R.I. Thermohydraulic efficiency of heat exchangers with flow swirling by helical tubes // International Journal of Heat Exchangers. 2006. Vol. 7. No. 1. P. 145–162.

  14. Olimpiev V.V., Mirzoev B.G. Energy-efficient intensi fiers of laminar heat transfer // Russian Aeronautics. 2013. Vol. 56. No. 2. P. 185–190.

  15. Il’in G.K., Tarasevich S.E., Shchelchkov A.V., Yakovlev A.B., Zlobin A.V. Thermal and hydraulic characteristics of rough tubes including those with an insert ed twisted band // Russian Aeronautics. 2008. Vol. 51. No 4. P. 402–406.

  16. Попов И.А. Гидродинамика и теплообмен в пористых теплообменных элементах и аппаратах. Интенсификация теплообмена: монография / под общ. ред. Ю.Ф. Гортышова. Казань: Центр инновационных технологий, 2007. 240 с. URL: https://elibs.kai.ru/_docs_file/799474/HTML/3/

  17. Gortyshov Y.F., Popov I.A., Gulitsky K.E. Experimental studies of hydrodynamics and heat transfer in channels with high-porous cellular materials in single-phase forced convection and flow boiling of working fluids // ASME 1999 International mechanical engineering congress and exposition (14–19 november 1999, Nash ville, Tennessee USA). Нeat transfer. Vol. 2. New York, 1999. P. 115–123.

  18. Webb R.L. High-performance, low-cost liquid micro- channel cooler // Department of Mechanical Engineering. Penn State University, University Park, PA 1680. URL: https://www.microcooling.com/pdfs/Penn_State_Univ_Article.pdf

  19. Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Щелчков А.В., Рыжков Д.В. Теплогидравлические характеристики теплообменных аппаратов с поверхностной интенсификацией теплообмена в виде сферических выемок и выступов // Тепловые процессы в технике. 2009. Т. 1. № 3. С. 102–107.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024