Интенсификация теплообмена при кипении воды на бифильных поверхностях при различных давлениях

Разработаны новые типы функциональных поверхностей с гидрофобными, супергидрофобными и бифильными свойствами для интенсификации теплообмена при кипении воды при различных давлениях. Для этого использованы различные передовые методы модификации поверхностей, включая CVD, HWCVD, спрейное напыление и различные материалы подложек (алюминий, сапфир, медь). Исследовано влияние размера, формы и количества гидрофобных зон на интенсивность теплообмена при кипении.

Показано, что использование гидрофобных или бифильных поверхностей приводит к значительному снижению температурного напора закипания по сравнению с гидрофильными поверхностями. Все поверхности показали свою эффективность и обеспечили значительное увеличение теплоотдачи при кипении. Коэффициент теплопередачи на бифильных поверхностях был значительно (более 600 %) выше, чем на гладких. Применение поверхностей с контрастным смачиванием при давлениях p ≤ 20 кПа позволяет значительно стабилизировать процесс парообразования и существенно снизить амплитуду колебаний интегральной температуры во времени благодаря наличию постоянно действующих центров парообразования.

Экспериментально определены оптимальные конфигурации бифильных поверхностей, при которых достигаются максимальные коэффициенты теплоотдачи при кипении жидкости в большом объёме при различных давлениях в диапазоне 9–103 кПа. Интенсивность теплоотдачи при кипении зависела от размера гидрофобных пятен, расстояния между ними. Значительное усиление теплоотдачи может быть получено на медных поверхностях с малым диаметром гидрофобных участков (0.05 мм) и относительно небольшой степенью гидрофобности (5%). Существенного влияния текстуры поверхности и формы испытанных в данном исследовании гидрофобных участков на теплообмен обнаружено не было. На примере каверн и полос продемонстрировано, что их форма и глубина не оказывают влияния на интенсивность теплообмена. Наиболее значительные результаты достигнуты для бифильных поверхностей с текстурой «сетка».

Кадры визуализации кипения при субатмосферных давлениях на гладкой и бифильной поверхностях, сравнение коэффициентов теплоотдачи для различных конфигураций бифильных поверхностей и давлений

Руководитель работы – д. ф.-м. н. Чиннов Е.А., тел. +7 (383) 316-51-37.