Теплообмен при кипении воды на поверхностях черного кремния различной морфологии
О.А. Володин1, В.С. Сердюков1,2, Е.А. Вячеславова3, А.И. Баранов3, И.П. Малахов1, С.В. Конев1, И.А. Косовских1,2
1Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия volodin_o@mail.ru 2Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия vsserd@gmail.com 3Санкт-Петербургский национальный исследовательский академический университет им. Ж.И. Алфёрова РАН, Санкт-Петербург, Россия cate.viacheslavova@yandex.ru
Ключевые слова: кипение, теплообмен, критический тепловой поток, модифицированные теплообменные поверхности, черный кремний, капиллярное впитывание
Страницы: 1021-1026
Аннотация
В работе приведены экспериментальные данные по влиянию морфологии структуры супергидрофильной поверхности черного кремния, полученной методом плазмохимического травления, на теплообмен при кипении воды в условиях большого объема. Исследуются поверхности кремния, имеющие однородные и гибридные микроструктуры. Эксперименты по теплообмену проводились на предварительно отобранных микроструктурированных поверхностях с наилучшими характеристиками капиллярного впитывания. Показано, что критический тепловой поток (КТП) для поверхности с гибридной структурой примерно в три раза превышает КТП для гладкой кремниевой поверхности (660 кВт/м2), достигая величины 1914 кВт/м2, тогда как КТП для поверхности с однородной структурой превышает КТП для гладкой поверхности в 2,4 раза, достигая значения 1568 кВт/м2. При этом максимальный зафиксированный коэффициент теплоотдачи (КТО) поверхности с однородной капиллярной структурой, напротив, является наибольшим (77 кВт/(м2K)), до двух раз превышая значения коэффициента теплоотдачи для немодифицированной поверхности в области умеренных тепловых потоков. Поверхность с гибридной структурой демонстрирует задержку начала кипения при сравнении с результатами для гладкой поверхности, однако с дальнейшим ростом теплового потока заметно превышает КТО гладкой референсной поверхности, достигая в итоге максимального значения в 45 кВт/(м2K) в предкризисной области.
|