О повышении эффективности конденсационных теплообменных аппаратов ТЭС за счет изменения смачиваемости теплообменных поверхностей

Одним из перспективных направлений повышения эффективности конденсационных теплообменных аппаратов является интенсификация теплообмена за счет перехода от традиционного пленочного к капельному режиму конденсации, при котором конденсат образуется в виде отдельных капель, а не сплошной пленки, что практически исключает термическое сопротивление в виде пленки конденсата. В результате происходит интенсификация теплообменных процессов при конденсации водяного пара.

Проведены экспериментальные исследования по определению влияния модификации теплообменных поверхностей на эффективность работы конденсационного теплообменного аппарата. Модификация осуществлялась путем формирования на теплообменной поверхности пленки поверхностно-активного вещества — октадециламина, вследствие чего происходила гидрофобизация поверхности.

Для проведения экспериментальных исследований на территории ТЭЦ-16 филиала ПАО «Мосэнерго» в ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» разработан и изготовлен опытный образец лабораторного теплообменного аппарата. Анализ результатов исследований показал, что модификация теплообменных поверхностей с использованием октадециламина является технологически обоснованным решением для интенсификации теплообменных процессов в конденсационных теплообменных аппаратах. В результате модификации стальных трубок опытного образца лабораторного теплообменного аппарата угол смачивания увеличился с 88° для исходной поверхности до 110°. Переход к капельному режиму конденсации привел к увеличению тепловой мощности опытного образца лабораторного теплообменного аппарата до 61,5% по сравнению с исходной поверхностью при идентичных режимах работы.

1. Shuxue Xu, Jianhui Niu, Guoyuan Ma, Junfeng Wu, Research on working characteristics of composite two-stage ventilation heat recovery system with heat pipe and heat pump, Energy, Volume 304, 2024, ISSN 0360-5442, https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.132130

2. Серебряков Р. А. Экстракция пресной воды из атмосферной влаги / Р. А. Серебряков // The Scientific Heritage 2022, (82): 41 – 56. – DOI 10.24412/9215-0365-2022-82-1-41-56. – EDN TVFINS.

3. Мухаметова Л. Р., Ахметова И. Г., Михин А. А. Оценка экономической эффективности работы конденсационного утилизатора тепловой установки // Вестник Казанского государственного энергетического университета 2020, 12-3(47): 101 – 112. – EDN WMIIKX.

4. Jian Liu, Sai Zhang, Junyan Wang, Qiao Lan, Recent progress in solar-driven interfacial evaporation: Evaporators, condensers, applications and prospects, Desalination, Volume 597, 2025, 118356, ISSN 0011-9164, https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.118356

5. Kevin Zwijsen, Angel Papukchiev, Michaël Montout, Towards improvement of the operation and safety of European nuclear power plants through enhanced thermal-hydraulics experiments and analysis, EPJ - Nuclear Sciences & Technologies, Volume 11, 2025, ISSN 2491-9292, https://doi.org/10.1051/epjn/2025010

6. Wei He, Hongru Shang, Yongna Cao, Yanling Yu, Development and application of superhydrophobic coatings with high thermal conductivity and self-healing properties: Synergistically enhancing condensation heat transfer through surface modification, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Volume 194, 2025, ISSN 1359-835X, https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2025.108934

7. Xin Wang, Bo Xu, Zhenqian Chen, Hierarchical microporous superhydrophobic surfaces with nanostructures enhancing vapor condensation heat transfer, Applied Thermal Engineering, Volume 219, Part B, 2023, ISSN 1359-4311, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.119527

8. Kentaro Kanatani. The characteristics of laminar film condensation of pure vapor flow in a vertical tube, Chemical Engineering Science, Volume 276, 2023, 118797, ISSN 0009-2509, https://doi.org/10.1016/j.ces.2023.118797

9. Punj Lata Singh, Basant Singh Sikarwar, Mukesh Ranjan, K. Muralidhar. Enhancing dropwise condensation of vapor from moist air over a copper substrate by temperature-controlled chemical etching. Thermal Science and Engineering Progress, Volume 34, 2022, ISSN 2451-9049, https://doi.org/10.1016/j.tsep.2022.101403

10. Fengdie Hu, Yejie Jiang, Wei Yuan, Xiaoqing Zhang, Haowei Liang, Yong Tang, Qing Liu. Experimental investigation on heat transfer performance of ultra-thin flexible polymer heat pipes with hydrophilic nylon mesh wicks. Applied Thermal Engineering, Volume 274, Part B, 2025, ISSN 1359-4311, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.126734

11. Siyu Qin, Ruiyang Ji, Chengyu Miao, Liwen Jin, Chun Yang, Xiangzhao Meng. Review of enhancing boiling and condensation heat transfer: Surface modification, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 189, Part A, 2024, 113882, ISSN 1364-0321, https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113882

12. Шаповалов А. В., Кидун Н. М., Никулина Т. Н. Способы интенсификации теплообмена в теплопередающих устройствах // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П. О. Сухого 2021, 4(87): 67 – 76. – EDN OVNHCG.

13. Исследования теплообмена при пленочной и капельной конденсации пара в условиях эксплуатационных значений вакуума в конденсаторах паровых турбин / В. А. Рыженков, А. В. Куршаков, С. И. Погорелов и др. // Новое в российской электроэнергетике 2012, (5): 5-15. – EDN RGHWID.

14. Рыженков О. В. Повышение энергоэффективности паротурбинных установок ТЭС посредством интенсификации теплообменных процессов при конденсации пара: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.14.14 / НИУ МЭИ. Москва, 2016: 20.