Влияние состояния поверхности нагрева на интенсивность теплоотдачи при кипении наножидкостей

Abstract

Кипение жидкостей широко применяется в теплообменном оборудовании, так как характеризуется интенсивной теплоотдачей, особенно при использовании наножидкостей в качестве теплоносителей. При этом на поверхности нагрева происходит самопроизвольное образование наноструктур различной архитектуры, пористости и шероховатости, что создает условия для резкой интенсификации теплообмена. В ходе лабораторных экспериментов были выяснены закономерности между интенсивностью теплоотдачи при кипении наножидкостей и характером наноструктурных отложений на поверхности нагрева. Для исследования кипения наножидкостей создана автоматизированная установка и програмное обеспечение, позволяющее снимать рабочие характеристики и управлять процессом в реальном времени. На основе анализа экспериментального материала (графические зависимости, видеосъемка, порометрия, SEM-изображения) сделан вывод о том, что максимальные значения тепловых параметров при кипении (удельный тепловой поток q и коэффициент теплоотдачи a зарегистрированы для наножидкостей, полученных на основе смесей наночастиц сильно анизометричной формы.

Кипіння рідин широко застосовується у теплообмінному обладнанні, оскільки характеризується інтенсивною тепловіддачею, особливо при використанні нанорідин як теплоносіїв. При цьому на поверхні нагрівання відбувається спонтанне утворення наноструктур різної архітектури, пористості та жорсткості, що створює умови для різкої интенсификації теплообміну. З’ясовано зв’язки між інтенсивністю тепловіддачі при кипінні нанорідин та характером наноструктурних відкладень на поверхні нагрівання. Для отримання кривих кипіння та оцінки коефіцієнта тепловіддачі створено експериментальний стенд із автоматичним виміром вхідних і розрахункових параметрів та управлінням проведення експериментів при їх комп’ютерному супроводженні. На основі аналізу експериментального матеріалу (графічні залежності, відеозйомка, порометрія, SEM-зображення) зроблено висновок, що максимальні значення теплових параметрів при кипінні (питомий тепловий потік q та коефіцієнт тепловіддачі a зареєстровані для нанорідин на основі сумішей наночастинок сильно анізометричної форми.

Boiling of liquids is widely used in energetics, because of its high intensity of heat exchange, especially when nanofluids (NF) used as coolants. Such boiling process is accompanied with spontaneous formation of various nanostructures of different architecture, porosity and roughness on heating surface. The purpose of research is estimating correlation between heat transfer intensity of NF boiling and properties of nanostructured deposits on heating surface. Experiments were performed by specially designed and fully automated test unit, equipped with DC power supply and operated by program enabling to control in real time by PC all the parameters of a critical mode including CHF. Experimental data analysis (graphs, charts, SEM images, porosity measurement) shows that maximum heat transfer characteristics of NF boiling (q, a) were registered in the case of NFs with a mixture of NPs of anisometric shape, giving during boiling nanostructures with the most developed surface porosity and roughness.