Исследование наноразмерных и микромасштабных структурированных поверхностей охлаждения теплоэнергоустановок

Проведены исследования кризиса теплообмена в зависимости от избытка охладителя, который определил недогрев и скорость потока, теплофизических свойств поверхности нагрева и выброса капель жидкости из пористой структуры. Разработана модель динамики паровых пузырей, рождающихся на твердой поверхности в пористых структурах и парогенерирующей стенке (подложке). Модель основана на кинофотосьемке скоростной камерой СКС-1М. Отвод высоких тепловых потоков (до 2·106 Вт/м2), обеспечивается совместными действиями капиллярных и массовых сил с применением интенсификаторов. Получены уравнения критических тепловых потоков через термогидравлические характеристики процесса кипения в плетеных пористых структурах. Исследования имеют практическое значение в области предельного состояния парогенерирующей поверхности, защищаемой охлаждением от пережога. Рассмотрены три минеральные среды (туф, гранит, мрамор) гор Заилийского и Джунгарского Алатау вблизи города Алматы (Казахстан). Для исследования пористых термодинамических экранов использовался метод голографической интерферометрии. Изучалось напряженное и деформированное состояние образцов. Моделирование акустического поля взрывной волны с помощью термодинамического поля, созданного тремя тепловыми источниками, показало его высокую эффективность. Созданный мощный тепловой экран за счет генерации полей деформаций и термических напряжений является препятствием для распространения отраженной взрывной волны, вызывающей возникновение и развитие разрушительных трещин. Разработаны наноразмерные и микромасштабные структурированные поверхности в виде покрытий и сетчатых структур, которые дают интегрированный эффект промышленных сеток с покрытиями из природных (естественных) минеральных сред и имеют синергетические преимущества объединения этих двух разработок в интегрированную технологию их изготовления, расширением критических тепловых нагрузок и управлением предельным состоянием пористых покрытий. 

1. Xie Jian, et al. A comprehensive understanding of enhanced condensation heat transfer using phase separation concept. Energy. Volume 172, 1 April 2019, Pages 661–674. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.01.134 (in Eng.).

2. Seong Won Moon, et at. A novel coolant cooling method for enhancing the performance of the gas turbine combined cycle. Energy. Volume 160, 1 October 2018, Pages 625–634. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.07.035 (in Eng.).

3. Генбач А. А., Бондарцев Д. Ю. Исследование предельного термического состояния капиллярно-пористых элементов теплоэнергоустановок. Вестник Машиностроения, Москва 2020; 2: 52–57

4. Генбач А. А., Бондарцев Д. Ю., Шелгинский А. Я. Обобщение процессов теплопередачи и их сравнительная оценка для капиллярно-пористых покрытий в энергоустановках. Надежность и безопасность энергетики 2019; 12(1): 29–35. https://doi.org/10.24223/1999-5555-2019-12-1-29-35

5. Генбач А. А., Бондарцев Д. Ю. Научная методика создания капиллярно-пористых систем охлаждения для элементов теплоэнергооборудования электростанций. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение 2019; 3: 89–106. DOI: 10.18698/0236-3941-2019-3-89-106.

6. Shoukat alim Khan, Nurettin Sezer, Muammer Koç. Design, fabrication and nucleate pool-boiling heat transfer performance of hybrid micro-nano scale 2-D modulated porous surfaces. Applied Thermal Engineering. Volume 153, 5 May 2019, Pages 168–180. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.02.133 (in Eng.).

7. Kimihide Odagiri, Hosei Nagano. Investigation on liquid-vapor interface behavior in capillary evaporator for high heat flux loop heat pipe. International Journal of Thermal Sciences. Volume 140, June 2019, Pages 530–538. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2019.03.008 (in Eng.).

8. Xing Yang, et at. Turbine platform phantom cooling from airfoil film coolant, with purge flow. International Journal of Heat and Mass Transfer. Volume 140, September 2019, Pages 25–40. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.05.109 (in Eng.).

9. Y. H. Chang, Y. M. Ferng. Experimental investigation on bubble dynamics and boiling heat transfer for saturated pool boiling and comparison data with previous works. Applied Thermal Engineering. Volume 154, 25 May 2019, Pages 284–293. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.03.092 (in Eng.).

10. T. J. Chuang, Y. H. Chang, Y. M. Ferng. Investigating effects of heating orientations on nucleate boiling heat transfer, bubble dynamics, and wall heat flux partition boiling model for pool boiling. Applied Thermal Engineering. Volume 163, 25 December 2019, 114358. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114358 (in Eng.).

11. Riadh Boubaker, Vincent Platel. Dynamic model of capillary pumped loop with unsaturated porous wick for terrestrial application. Energy. Volume 111, 15 September 2016, Pages 402–413. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.05.102 (in Eng.).

12. Третьяков А. Ф. Исследование влияния конструктивных и технологических параметров на удельную прочность пористых сетчатых материалов. Известия высших учебных заведений. Машиностроение 2017; 12(693): 30–36. DOI: 10.18698/0536-1044-2017-12-30-36.

13. Бабин С. В., Егоров Е. Н., Фурсов А. А. Влияние технологических параметров процесса плазменного напыления на макроструктуру титановых покрытий // Известия высших учебных заведений. Машиностроение 2020; 4(721): 44–53. DOI: 10.18698/0536-1044-2020-4-44-53.

14. Пелевин Ф. В. Гидравлическое сопротивление пористых металлов. Известия высших учебных заведений. Машиностроение 2016; 2(671): 42–52. DOI: 10.18698/0536-1044-2016-2-42-52

15. Имангазин М. К., Ермуханбетова Ж. Г. Оценка риска опасности аварий на электростанции ТОО «ЖАНАЖОЛСКАЯ ГТЭС» Актюбинская область // Успехи современной науки 2017; 6(6): 19–123.