СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОРЕЛЬЕФА НА ТЕПЛООБМЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2014 года по МПК B82B3/00 

Изобретение относится к области теплообмена, в частности к теплообменным поверхностям, интенсифицирующим теплоотдачу при пленочном и переходном режимах кипения жидкостей. Оно может быть использовано при захолаживании и эксплуатации теплообменных устройств, используемых в криогенной технике, криомедицине, ракетной технике при транспортировке ожиженных газов, элементах высокотемпературных сверхпроводящих устройств.

Известен способ интенсификации теплообмена при кипении жидкости, например фреона-113, путем нанесения на теплоотдающую поверхность малотеплопроводного покрытия (А.С. №1335123, 18.05.1972 г. Способ интенсификации теплообмена). С целью повышения теплового потока, отводимого с поверхности нагрева, предложен способ, согласно которому малотеплопроводную пленку наносят на оребренную поверхность, например, путем напыления тонким слоем, непроницаемым для жидкости, и осуществляют неизотермический нагрев оребренной поверхности с температурой в основании ребра, превышающей первую критическую для увеличения доли поверхности, занятой переходным кипением. Этот способ недостаточно эффективный, так как поверхность изделия гладкая, а покрытие сплошное.

Известен способ формирования нанорельефа на теплообменной поверхности изделия (патент РФ№ 2433949, опубл.20.11.2011 г.) путем осуществления кипения наножидкости. Согласно этому способу выбирают материал наночастиц с температурой плавления, равной 0,8-0,9 от температуры плавления изделия, получают при кипении наножидкости сплошной слой наночастиц на поверхности изделий с минимальным термическим сопротивлением, выдерживают изделие вместе со слоем наночастиц на нем в инертной атмосфере при температуре 0,7-0,8 от температуры плавления наночастиц в течение 30 мин. Этот способ недостаточно эффективный, так как поверхность изделия гладкая и коэффициент теплопроводности наночастиц такой же или больший, чем у основного материала.

Технической задачей изобретения является повышение теплоотдачи при пленочном и переходном кипении. Технический эффект при решении технической задачи заключается в создании холодных пятен и однородного рельефа поверхности. Поставленная задача решается тем, что в известном способе способе формирования нанорельефа на теплообменной поверхности изделий путем осуществления на ней кипения наножидкости, в которой материал наночастиц выбирают с температурой плавления, равной 0,8-0,9 от температуры плавления изделия, получают при кипении наножидкости сплошной слой наночастиц на поверхности, выдерживают изделие вместе со слоем наночастиц на нем в инертной атмосфере при температуре 0,7-0,8 от температуры плавления наночастиц в течение 30 мин согласно изобретению материал наночастиц выбирают с коэффициентом теплопроводности не менее, чем на два порядка меньшим, чем у основного материала, поверхность выполняют с макрорельефом, например, в виде облунения с соотношением глубины лунки h к ее диаметру d, равным 0,1-0,5, слой наночастиц между лунками удаляют, например, механическим путем. Достигаемая цель проиллюстрирована графиком, на котором показаны результаты экспериментального исследования теплообмена при пленочном и переходном кипении азота при охлаждении нагретой сферы.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что с помощью покрытия поверхности лунок наночастицами создаются холодные пятна на поверхности, что приводит к более раннему прекращению пленочного кипения и возникновению переходного режима кипения и интенсификации теплообмена.

На рисунке показаны полученные кривые охлаждения медных сфер в жидком азоте при атмосферном давлении.

1 - гладкая сфера, большой объем;

2 - гладкая сфера, естественная циркуляция;

3 - сфера с лунками, большой объем;

4 - сфера с лунками, естественная циркуляция;

5 - сфера с лунками и малотеплопроводным покрытием, большой объем;

6 - сфера с лунками и малотеплопроводным покрытием, естественная циркуляция.

Как показывают полученные данные, время захолаживания изделий уменьшается в 2,5 раза.

Изобретение относится к области теплообмена, в частности к теплообменным поверхностям, интенсифицирующим теплоотдачу при пленочном и переходном режимах кипения жидкостей. Оно может быть использовано при захолаживании и эксплуатации теплообменных устройств, используемых в криогенной технике, криомедицине, ракетной технике при транспортировке ожиженных газов, элементах высокотемпературных сверхпроводящих устройств. Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что с помощью покрытия поверхности лунок наночастицами создаются холодные пятна на поверхности, что приводит к более раннему прекращению пленочного кипения и возникновению переходного режима кипения и интенсификации теплообмена. Техническим результатом является интенсификация теплоотдачи при пленочном и переходном режимах кипения жидкостей и уменьшение времени охлаждения изделий. 1 ил.

Способ формирования нанорельефа на теплообменной поверхности изделий путем осуществления на ней кипения наножидкости, в которой материал наночастиц выбирают с температурой плавления, равной (0,8-0,9) от температуры плавления изделия, получают при кипении наножидкости сплошной слой наночастиц на поверхности, выдерживают изделие вместе со слоем наночастиц на нем в инертной атмосфере при температуре 0,7-0,8 от температуры плавления наночастиц в течение 30 мин, отличающийся тем, что материал наночастиц выбирают с коэффициентом теплопроводности, меньшим не менее чем на два порядка, чем у изделия, теплообменную поверхность выполняют с макрорельефом, образованным, например, лунками с соотношением глубины лунки h к диаметру d, равным h/d=0,1-0,5, и удаляют слой наночастиц между лунками, например, механическим путем.