Интенсификация теплообмена при кипении на поверхностях с гидрофобными кавернами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Выполнено исследование процесса кипения воды в большом объеме жидкости при атмосферном давлении на поверхностях с кавернами, полученными методом лазерной абляции и гидрофобизированными за счет хемосорбции фторированного метоксисилана из паров при температуре 105°C. Проведен анализ результатов эксперимента, выполнено сравнение с ранее полученными и литературными данными. Исследовано влияние размеров, формы и расположения гидрофобных каверн на интенсивность теплообмена при кипении. Показано, что основным параметром, определяющим интенсивность теплообмена, является удельная плотность гидрофобизированных каверн на поверхности нагрева, или шаг между ними. Форма и размер каверн не оказывают существенного влияния на теплообмен. Удаление гидрофобизатора из каверн приводит к значительному уменьшению интенсивности теплообмена.

Об авторах

Е. А. Чиннов

Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН

Email: victor.lipps@gmail.com
Россия, Новосибирск

С. Я. Хмель

Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН

Email: victor.lipps@gmail.com
Россия, Новосибирск

В. Ю. Владимиров

Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: victor.lipps@gmail.com
Россия, Новосибирск

К. А. Емельяненко

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: victor.lipps@gmail.com
Россия, Москва

А. М. Емельяненко

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: victor.lipps@gmail.com
Россия, Москва

Л. Б. Бойнович

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: victor.lipps@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Shojaeian M., Kosar A. Pool Boiling and Flow Boiling on Micro- and Nanostructured Surfaces // Exp. Therm. Fluid Sci. 2015. V. 63. P. 45.
  2. Суртаев А.С., Сердюков В.С., Павленко А.Н. Нанотехнологии в теплофизике: теплообмен и кризисные явления при кипении // Российские нанотехнологии. 2016. Т. 11. № 11–12. С. 18.
  3. Попов И.А., Щелчков А.В., Гортышов Ю.Ф., Зубков Н.Н. Интенсификация теплоотдачи и критические тепловые потоки при кипении на поверхностях с микрооребрением // ТВТ. 2017. Т. 55. № 4. С. 537.
  4. Васильев Н.В., Вараксин А.Ю., Зейгарник Ю.А., Ходаков К.А., Эпельфельд А.В. Характеристики кипения воды, недогретой до температуры насыщения, на структурированных поверхностях // ТВТ. 2017. Т. 55. № 6. С. 712.
  5. Дедов А.В. Обзор современных методов интенсификации теплообмена при пузырьковом кипении // Теплоэнергетика. 2019. № 12. С. 18.
  6. Liang G., Mudawar I. Review of Pool Boiling Enhancement by Surface Modification // Int. J. Heat Mass Transfer. 2019. V. 128. P. 892.
  7. Li W., Dai R., Zeng M., Wang Q. Review of Two Types of Surface Modification on Pool Boiling Enhancement: Passive and Active // Renewable Sustainable Energy Rev. 2020. V. 130. P. 109926.
  8. Володин О.А., Печеркин Н.И., Павленко А.Н. Интенсификация теплообмена при кипении и испарении жидкостей на модифицированных поверхностях // ТВТ. 2021. Т. 59. № 2. С. 280.
  9. Khmel S., Baranov E., Vladimirov V., Safonov A., Chinnov E. Experimental Study of Pool Boiling on Heaters with Nanomodified Surfaces Under Saturation // Heat Transfer Eng. 2022. V. 43. № 20. P. 1724.
  10. Serdyukov V., Vladyko I., Starinskiy S., Rodionov A., Shukhov Y., Malakhov I., Safonov A., Surtaev A. Pool Boiling Performance on the Textured Hemi-wicking Surfaces Fabricated by Nanosecond Laser Ablation // Appl. Therm. Eng. 2023. V. 228. P. 120472.
  11. Hsu Y.Y. On the Size Range of Active Nucleation Cavities on a Heating Surface // J. Heat Transfer. 1962. V. 84. P. 207.
  12. Dong L., Quan X., Cheng P. An Experimental Investigation of Enhanced Pool Boiling Heat Transfer from Surfaces with Micro/Nano-structures // Int. J. Heat Mass Transfer. 2014. V. 71. P. 189.
  13. Sitar A., Može M., Crivellari M., Schille J., Golobič I. Nucleate Pool Boiling Heat Transfer on Etched and Laser Structured Silicon Surfaces // Int. J. Heat Mass Transfer. 2020. V. 147. P. 118956.
  14. Yu C.K., Lu D.C., Cheng T.Ch. Pool Boiling Heat Transfer on Artificial Micro-cavity Surfaces in Dielectric Fluid FC-72 // J. Micromech. Microeng. 2006. V. 16. № 10. P. 2092.
  15. Bon B., Klausner J., McKenna E. An Investigation of Pool Boiling Heat Transfer on Single Crystal Surfaces and a Dense Array of Cylindrical Cavities // J. Heat Transfer. 2013. V. 135. № 12. P. 121501.
  16. Eid E.I., Al-Nagdy A.A., Khalaf-Allah R.A. Nucleate Pool Boiling Heat Transfer Above Laser Machining Heating Surfaces with Different Micro-cavity Geometric Shape for Water–Aluminum Oxide Nanofluid // Exp. Heat Transfer. 2022. V. 35. № 5. P. 688.
  17. Sadaghiani A.K., Altay R., Noh H., Kwak H.J., Sendur K., Mısırlıoğlu B., Park H.S., Kosar A. Effects of Bubble Coalescence on Pool Boiling Heat Transfer and Critical Heat Flux – A Parametric Study Based on Artificial Cavity Geometry and Surface Wettability // Int. J. Heat Mass Transfer. 2020. V. 147. P. 118952.
  18. Gao L., Bai M., Lv J., Li Y., Lv X., Liu X., Li Y. Experimental Studies for the Combined Effects of Micro-cavity and Surface Wettability on Saturated Pool Boiling // Exp. Therm. Fluid Sci. 2023. V. 140. P. 110769.
  19. Kumar G.U., Suresh S., Kumar C.S.S., Back S., Kang B., Lee H.J. A Review on the Role of Laser Textured Surfaces on Boiling Heat Transfer // Appl. Therm. Eng. 2020. V. 174. P. 115274.
  20. Chen J., Ahmad Sh., Cai J., Liu H., Lau K.T., Zhao J. Latest Progress on Nanotechnology Aided Boiling Heat Transfer Enhancement: A Review // Energy. 2021. V. 215. P. 119114.
  21. Betz A., Xu J., Qiu H., Attinger D. Do Surfaces with Mixed Hydrophilic and Hydrophobic Areas Enhance Pool Boiling? // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 97. № 14.
  22. Može M., Zupančič M., Golobič I. Pattern Geometry Optimization on Superbiphilic Aluminum Surfaces for Enhanced Pool Boiling Heat Transfer // Int. J. Heat Mass Transfer. 2020. V. 161. P. 120265.
  23. Chinnov E.A., Khmel S.Ya., Vladimirov V.Yu., Safonov A.I., Semionov V.V., Emelyanenko K.A., Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Boiling Heat Transfer Enhancement on Biphilic Surfaces // Energies. 2022. V. 15. № 19. P. 7296.
  24. Jo H., Kim S.H., Park H.S., Kim M.H. Critical Heat Flux and Nucleate Boiling on Several Heterogeneous Wetting Surfaces: Controlled Hydrophobic Patterns on a Hydrophilic Substrate // Int. J. Multiphase Flow 2014. V. 62. P. 101.
  25. Jo H.J., Yu D.I., Noh H.W., Park H.S., Kim M.H. Boiling on Spatially Controlled Heterogeneous Surfaces: Wettability Patterns on Microstructures // Appl. Phys. Lett. 2015. V. 106. № 18.
  26. Zhang W., Chai Y., Xu J., Liu G., Sun Y. 3D Heterogeneous Wetting Microchannel Surfaces for Boiling Heat Transfer Enhancement // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 457. P. 891.
  27. Cho H.R., Park S.Ch., Kim D., Joo H.-M., Yu D.I. Experimental Study on Pool Boiling on Hydrophilic Micro/Nanotextured Surfaces with Hydrophobic Patterns // Energies. 2021. V. 14. № 22. P. 7543.
  28. Može M., Zupančič M., Golobič I. Investigation of the Scatter in Reported Pool Boiling CHF Measurements Including Analysis of Heat Flux and Measurement Uncertainty Evaluation Methodology // Appl. Therm. Eng. 2020. V. 169. P. 114938.
  29. Boinovich L.B., Emelyanenko A.M. The Behaviour of Fluoro- and Hydrocarbon Surfactants Used for Fabrication of Superhydrophobic Coatings at Solid/Water Interface // Colloids Surf., A. 2015. V. 481. P. 167.
  30. Boinovich L.B., Emelyanenko K.A., Domantovsky A.G., Chulkiva E.V., Shiryaev A.A., Emelyanenko A.M. Pulsed Laser Induced Triple Layer Copper Oxide Structure for Durable Polyfunctionality of Superhydrophobic Coatings // Adv. Mater. Interfaces. 2018. V. 5. № 21. P. 1801099.
  31. Rohsenow W.M. A Method of Correlating Heat Transfer Data for Surface Boiling of Liquids // Trans. ASME. 1952. V. 74. № 6. P. 969.
  32. Yang Z., Liu X., Tian Y. Insights into the Wettability Transition of Nanosecond Laser Ablated Surface Under Ambient Air Exposure // J. Colloid Interface Sci. 2019. V. 533. P. 268.
  33. Boinovich L.B., Emelyanenko A.M., Emelyanenko K.A., Domantovsky A.G., Shiryaev A.A. Comment on “Nanosecond Laser Textured Superhydrophobic Metallic Surfaces and Their Chemical Sensing Applications” by Duong V. Ta, Andrew Dunn, Thomas J. Wasley, Robert W. Kay, Jonathan Stringer, Patrick J. Smith, Colm Connaughton, Jonathan D. Shephard (Appl. Surf. Sci. 2015. V. 357. P. 248.) // Appl. Surf. Sci. 2016. V. 379. P. 111.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».