Краткий обзор исследований интенсификации теплообмена при кипении с помощью модификации греющей поверхности, посвященный 90-летию со дня рождения Владимира Михайловича Жукова


Авторы

Кузма-Кичта Ю. А.1*, Леньков В. А.2, Васильев Н. В.2**

1. Национальный исследовательский университет «МЭИ», Красноказарменная ул., 14, Москва, 111250, Россия
2. Объединенный институт высоких температур РАН, ул. Ижорская, 13, стр.2, Москва, 125412, Россия

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

Аннотация

4 октября 2025 г. исполнится 90 лет со дня рождения выдающегося ученого-тепло-физика, лауреата Государственной Премии СССР, с.н.с. Жукова Владимира Михайловича, на протяжении 20-ти лет являвшегося заместителем заведующего отделом теплообмена ОИВТ РАН.

Владимир Михайлович Жуков внес значительный вклад в исследование теплообмена при фазовых превращениях различных теплоносителей от жидкометаллических до криогенных. В данной статье представлены результаты исследований последнего периода его деятельности, посвященного изучению влияния модификации поверхности на интенсификацию теплообмена при кипении различных жидкостей (азота, воды, хладона R113). Представленные результаты были получены на поверхностях, модифицированных с помощью нанесения лунок, покрытий из наночастиц, полученных при кипении наножидкости, и созданных методом микродугового оксидирования (МДО). Исследования проводились при охлаждении твердых сфер и цилиндров в диапазоне температурных напоров, охватывающем пузырьковый, переходный и пленочный режимы кипения при атмосферном давлении в условиях свободной конвекции. Обнаружено, что данные методы модификации поверхности теплообмена приводят к сокращению времени охлаждения тел благодаря увеличению теплоотдачи в различных режимах кипения и плотностей критических тепловых потоков.

Ключевые слова:

кипение, нестационарное охлаждение, интенсификация теплоотдачи, модификация поверхности, микродуговое оксидирование, наножидкость

Список источников

  1. Кузма-Кичта Ю.А. Исследование интенсификации теплосъема и разработка рекомендаций для расчета теплогидравлических характеристик в докризисной и закризисной областях парогенерирующих каналов: Дисс. … докт. техн. наук. М, 1989. 40 с.

  2. Дедов А.В. Обзор современных методов интенсификации теплообмена при пузырьковом кипении // Теплоэнергетика. 2019. № 12. С. 1–54.

  3. Liang G., Mudawar I. Review of pool boiling enhancement by surface modification // Int. J. Heat Mass Transfer. 2019. Vol. 128. pp. 892–933.

  4. Володин О.А., Печеркин Н.И., Павленко А.Н. Интенсификация теплообмена при кипении и испарении жидкостей на модифицированных поверхностях // Теплофизика высоких температур. 2021. Т. 59. №. 2. С. 280–312.

  5. Wang X.S., Wang Z.B., Chen Q.Z. Research on manufacturing technology and heat transfer characteristics of sintered porous surface tubes // Adv. Mater. Res. 2010. Vol. 97‒101. pp. 1161–1165.

  6. Jun S., Wi H., Gurung A. et al.  Pool boiling heat transfer enhancement of water using brazed copper microporous coatings // Journal of Heat Transfer. 2016. Vol. 138. № 7. DOI: 10.1115/1.4032988

  7. Кикнадзе Г.И., Краснов Ю.К., Подымака Н.Ф. и др. Самоорганизация вихревых структур при обтекании водой полусферической лунки // Доклады Академии наук. 1986. Т. 291. № 6. С. 1315–1318.

  8. Щукин А.В., Козлов А.П., Агачев Р.С. и др. Интенсификация теплообмена сферическими выемками при воздействии возмущающих факторов. Казань: КГТУ, 2003. 142 с.

  9. Дзюбенко Б.В., Кузма-Кичта Ю. А., Леонтьев А.И. и др. Интенсификация тепло-и массообмена на макро-, микро- и наномасштабах. М.: ФГУП «ЦНИИАТОМИНФОРМ», 2008, 532 с.

  10. Кикнадзе Г.И., Крючков И.И., Чушкин Ю.В. Кризис теплоотдачи при самоорганизации смерчеобразных вихревых структур: Препринт ИАЭ № 4841/3. М.: ЦНИИатоминформ, 1989. 

  11. Мостинский И.Л., Гешеле В.Д., Горяинов Д.А. и др. Критические тепловые потоки и теплоотдача в закризисной области от поверхности, покрытой лунками // Инженерно-физический журнал. 2003. № 10. С. 49–53.

  12. Kim S.J., Bang I.C., Buongiorno J. et al. Surface wettability change during pool boiling of nanofluids and its effect on critical heat flux // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2007. Vol. 50. № 19. pp. 4105–4116. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.02.002

  13. Kim H.D., Kim M.H. Effect of nanoparticle deposition on capillary wicking that influences the critical heat flux in nanofluids // Applied Physics Letters.  2007. Vol. 91. DOI: 10.1063/1.2754644

  14. Васильев Н.В., Вараксин А.Ю., Зейгарник Ю.А. и др. Характеристики кипения воды, недогретой до температуры насыщения, на структурированных поверхностях // Теплофизика высоких температур. 2017. Т. 55. № 6. С. 712–719.

  15. Kuznetsov D., Pavlenko A. Heat transfer during nitrogen boiling on surfaces modified by microarc oxidation // Energies. 2022. Vol. 15. № 16. DOI: 10.3390/en151 65792

  16. Zhukov V.M., Kuzma-Kichta Yu.A., Lenkov V. et al. Enhancement of heat transfer at transition and film boi-ling of nitrogen on spheres with dimples and low conductivity coating // Proccedings of 15th International Heat Transfer Conference. (2014. IHTC15-9224).

  17. Zhukov V.M., Kuzma-Kichta Yu.A., Lavrikov A.V. et al. Heat transfer under transition and film boiling of liquids at dimpled spheres and cylinders // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 980.

  18. Кузма-Кичта Ю.А., Лавриков А.В., Жуков В.М. и др. Способ формирования нанорельефа на теплообменной поверхности изделий. Патент RU 2517795 С1, 27.05.2014.

  19. Кузма-Кичта Ю.А., Лавриков А.В., Шустов М.В. и др. Исследование различных режимов кипения на поверхности с рельефом из наночастиц // Труды шестой Российской национальной конференции по теплообмену. 2014. С. 590–593.

  20. Жуков В.М., Елагина О.Ю., Кузма-Кичта Ю.А. и др. Интенсификация теплообмена при кипении жидкого азота с помощью нанесения субмикронных керамических покрытий на поверхности тел из сплава алюминия // Тепловые процессы в технике. 2014. Т. 6. № 12. С. 553–559.

  21. Жуков В.М., Кузма-Кичта Ю.А., Лавриков А.В. и др. Исследование теплообмена при кипении азота и фреона 113 на сфере с покрытием на основе Аl2O3, полученным микродуговым оксидированием // Тепловые процессы в технике. 2016. Т. 8. № 8. С. 353–361.

  22. Жуков В.М., Кузма-Кичта Ю.А., Лавриков А.В. и др. Интенсификация теплообмена при кипении различных жидкостей на сферах с покрытием, сформированным методом микро дугового оксидирования // Тепловые процессы в технике. 2017. Т. 9. № 12. С. 537–543.

  23. Белов К.И., Жуков В.М., Кузма-Кичта Ю.А. и др. Интенсификация теплообмена при кипении жидкостей на сферах с керамическими субмикронными покрытиями на основе Al2O3 // Труды XX Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках». 2015. С. 290–293.

  24. Белов К.И., Жуков В.М., Леньков В.А. Использование керамического покрытия, полученного на основе микродугового оксидирования (МДО), на поверхности цилиндра из сплава алюминия для интенсификации теплообмена при кипении фреона-R113 // Труды XXI Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках». 2017. Т. 2. С. 284–287.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2025