vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2022-67-1-49-56vestift-720Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERИнтенсификация теплообмена в зоне испарителя термосифона при изменении формы поверхности кипенияIntensification of heat transfer in the zone of the thermosyphon evaporator when changing the boiling surface shapeКузьмичМ. А.KuzmichM. A.

Кузьмич Максим Александрович – младший научный сотрудник

ул. П. Бровки 15, 220072, Минск

Maxim A. Kuzmich – Junior Researcher

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk 

KuzmichMA@hmti.ac.byАртюхА. А.ArtsiukhA. A.

Артюх Алена Александровна – инженер

ул. П. Бровки 15, 220072, Минск

Aliona A. Artsiukh – Engineer

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk 

a.gasporovich@hmti.ac.byИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук БеларусиA.V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of National Academy Sciences of Belarus2022060420226714956Copyright © Кузьмич М.А., Артюх А.А., 20222022Кузьмич М.А., Артюх А.А.Kuzmich M.A., Artsiukh A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/720

Рассмотрено влияние некоторых видов обработки поверхности кипения испарителя термосифона на коэффициент теплоотдачи. Разработана и собрана экспериментальная установка «Кольцевой термосифон с возможностью замены нижней части испарителя». Эта особенность позволяет легко производить замену образцов с различными модификациями поверхностей. Приведено описание установки, использованного оборудования и методики проведения исследований. Получены экспериментальные данные, рассчитаны коэффициенты теплоотдачи для исследуемых образцов при различных подводимых тепловых нагрузках (от 5 до 200 Вт). Проведено сравнение образцов в качестве поверхности кипения в испарителе термосифона. Экспериментально определено, что при нанесении на плоскую алюминиевую пластинку (поверхность кипения) концентрических канавок и неравномерного слоя частиц оксида алюминия наблюдается повышение коэффициента теплоотдачи с h1 = 5760 Вт/(м2·К) по h2 = 28339 Вт/(м2 ·К) при подводимой плотности теплового потока q = 250 кВт/м2. Коэффициент теплоотдачи для образца без канавок, но с неравномерным покрытием частиц оксида алюминия равен h3 = 16952 Вт/(м2 ·К) при q = 250 кВт/м2. Полученные результаты можно использовать для дальнейших исследований с целью улучшения теплообмена на поверхности кипения в испарителе термосифона.

In present paper the influence of the boiling surface treatment types of thermosyphon evaporator on the heat transfer coefficient was studied. An experimental setup «Loop thermosyphon with replacing lower part of the evaporator» has been developed and assembled. This feature makes it easy to replace samples with various surface modifications as the lower part of the evaporator. The description of the experimental setup, equipment and research methods is given. Heat transfer coefficients for the samples at various applied thermal loads (from 5 to 200 W) were calculated. In case of flat aluminum plate (boiling surface) concentric grooves and uneven coating of aluminum oxide particles, an increase of the heat transfer coefficient from h1 = 5760 W/(m2·K) to h2 = 28339 W/(m2·K) at the supplied heat flux density q = 250 kW/m2 was observed. The heat transfer coefficient for a sample without concentric grooves, but with an uneven coating of aluminum oxide particles was h3 = 16952 W/(m2·K) at q = 250 kW/m2. Results of the study can be used for further increase of thermosyphon evaporator efficiency.

термосифонтеплообменкоэффициент теплоотдачикипениеповерхность кипенияиспарительконденсатортепловая нагрузкапористое покрытиеthermosyphonheat exchangeheat transfer coefficientboilingboiling surfaceevaporatorcondenserheat loadporous coatingReferencesПародинамические термосифоны и их применение в тепловом оборудовании различного назначения / Л.Л. Васильев [и др.] // Тепло- и массоперенос – 2013: сб. науч. тр. – Минск, 2014. – С. 12–16.Vasil’ev L.L., Vasil’ev Leonid L., Zhuravlev A. S., Rabetskii M.I., Shapovalov A. V., Rodin A.V. Parodynamic thermosyphons and their use in thermal equipment for various purposes. Teplo- i massoperenos – 2013: sbornik nauchnykh trudov [Heat and Mass Transfer – 2013: Collection of Scientific Papers]. Minsk, 2014, pp. 12–16 (in Russian).Ковалев, С.А. Модель теплообмена при кипении жидкости на пористой поверхности / С.А. Ковалев, С. Л. Соловьев // Теплофизика высоких температур. – 1984. – T. 22, №6. – С. 1166–1171.Kovalev S.A., Soloviev S.L. Heat transfer model for liquid boiling on a porous surface. Teplofizika vysokikh temperatur = High Temperature, 1984, vol. 22, no. 6, pp. 1166–1171 (in Russian).Толубинский, В.И. Теплообмен при кипении / В.И. Толубинский. – Киев: Наук. думка, 1980. – 315 c.Tolubinsky V.I. Boiling Heat Transfer. Kiev, Naukova dumka Publ., 1980. 315 p. (in Russian).Дульнев, Г. Н. Основы теории тепломассообмена / Г. Н. Дульнев, С. В. Тихонов. – СПб.: СПбГУИТМО, 2010. – 93 с.Dulnev G.N., Tikhonov S.V. Foundations of the Theory of Heat Transfer. St. Petersburg, St. Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2010. 93 p. (in Russian).Mohanty, R. L. A critical review on bubble dynamics parameters influencing boiling heat transfer / R.L. Mohanty, M.K. Das // Renew. Sust. Energ. Rev. – 2017. – Vol. 78. – P. 466–494. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.04.092Mohanty R. L., Das M.K. A critical review on bubble dynamics parameters influencing boiling heat transfer. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, vol. 78, pp. 466–494. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.04.092Collier, J. G. Convective Boiling and Condensation / J. G. Collier, J. R. Thome – Oxford Univ. Press, 1994. – 640 p.Collier J.G., Thome J.R. Convective Boiling and Condensation. Oxford University Press, 1994. 640 p.Cole, R. Bubble frequencies and departure volumes at subatmospheric pressure / R. Cole // AIChE J. – 1967. – Vol. 13, №4. – P. 779–783. https://doi.org/10.1002/aic.690130434Cole R. Bubble frequencies and departure volumes at subatmospheric pressure. AIChE Jornal, 1967, vol. 13, no. 4, pp. 779–783. https://doi.org/10.1002/aic.690130434Wenzel, U. Saturated Pool Boiling And Sub-Cooled Flow Boiling Of Mixtures: Ph. D. thesis / U. Wenzel. – University of Auckland, 1992.Wenzel U. Saturated Pool Boiling And Sub-Cooled Flow Boiling Of Mixtures: Ph. D. thesis. University of Auckland, 1992.Kim, J. Experimental study of pool temperature effects on nucleate pool boiling / J. Kim, B.D. Oh, M. H. Kim // Int. J. Multiphase Flow. – 2006. – Vol. 32, № 2. – P. 208–231. http://dx.doi.org/10.1016 %2Fj.ijmultiphaseflow.2005.09.005Kim J., Oh B. D., Kim M.H. Experimental study of pool temperature effects on nucleate pool boiling. International Journal of Multiphase Flow, 2006, vol. 32, no. 2, pp. 208–231. http://dx.doi.org/10.1016 %2Fj.ijmultiphaseflow.2005.09.005How does surface wettability influence nucleate boiling? Effets de la mouillabilité sur l’ébullition en vase / H.T. Phan [et al.] // Comptes Rendus Mécanique. – 2009. – Vol. 337, № 5. – P. 251–259. https://doi.org/10.1016/j.crme.2009.06.032Phan H. T., Caney N., Marty P., Colasson S., Gavillet J. How does surface wettability influence nucleate boiling? Effets de la mouillabilité sur l’ébullition en vase. Comptes Rendus Mécanique, 2009, vol. 337, no. 5, pp. 251–259. https://doi.org/10.1016/j.crme.2009.06.032McFadden, P. W. The relation between bubble frequency and diameter during nucleate pool boiling / P. W. McFadden, P. Grassmann // Int. J. Heat Mass Transfer. – 1962. – Vol. 5, № 3–4. – P. 169–173. https://doi.org/10.1016/0017-9310(62)90009-1McFadden P.W., Grassmann P. The relation between bubble frequency and diameter during nucleate pool boiling. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1962, vol. 5, no. 3–4, pp. 169–173. https://doi.org/10.1016/0017-9310(62)90009-1Zuber, N. Nucleate boiling. The region of isolated bubbles and the similarity with natural convection / N. Zuber // Int. J. Heat Mass Transfer. – 1963. – Vol. 6, №1. – P. 53–60. https://doi.org/10.1016/0017-9310(63)90029-2Zuber N. Nucleate boiling. The region of isolated bubbles and the similarity with natural convection. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1963, vol. 6, no. 1, pp. 53–60. https://doi.org/10.1016/0017-9310(63)90029-2Ivey, H. J. Relationships between bubble frequency, departure diameter and rise velocity in nucleate boiling / H.J. Ivey // Int. J. Heat Mass Transfer. – 1967. – Vol. 10. – P. 1023–1040.Ivey H.J. Relationships between bubble frequency, departure diameter and rise velocity in nucleate boiling. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1967, vol. 10, pp. 1023–1040.Кравец, В. Ю. Интенсивность теплоотдачи в зоне испарения двухфазного термосифона / В. Ю. Кравец, В. И. Коньшин, Е.Н. Письменный // МНПК «Современные информационные и электронные технологии», Одесса, 27–31 мая 2013 г. – Одесса, 2013. – С. 30–33.Kravets V. Yu., Konshin V. I., Pismenniy E.N. Heat-transfer intensity in the heating area of a two-phase thermosyphon. MNPK “Sovremennye informatsionnye i elektronnye tekhnologii”, Odessa, 27–31 maya 2013 g. [MNPK “Modern Information and Electronic Technologies”, Odessa, May 27–31, 2013]. Odessa, 2013, pp. 30–33 (in Russian).Boiling and quenching heat transfer advancement by nanoscale surface modification / H. Hu [et al.] // Sci. Rep. – 2017. – Vol. 7. – P. 6117. https://doi.org/10.1038/s41598-017-06050-0Hu H., Xu C., Zhao Y., Ziegler K. J., Chung J.N. Boiling and quenching heat transfer advancement by nanoscale surface modification. Scientific Reports, 2017, vol. 7, p. 6117. https://doi.org/10.1038/s41598-017-06050-0Володин, О. А. Интенсификация теплообмена при кипении и испарении жидкостей на модифицированных поверхностях / О. А. Володин, Н. И. Печеркин, А.Н. Павленко // Теплофизика высоких температур. – 2021. – Т. 59, № 2. – С. 280–312.Volodin O.A., Pecherkin N. I., Pavlenko A.N. Intensification of heat transfer during boiling and evaporation of liquids on modified surfaces. Teplofizika vysokikh temperatur [Thermophysics of High Temperatures], 2021, vol. 59, no. 2, pp. 280–312 (in Russian).Литвиненко, В. В. Влияние капилярно-пористых структур на интенсификацию процессов теплообмена при кипении жидкостей / В. В. Литвиненко // Молодой ученый. – 2019. – № 7 (245). – С. 113–116.Litvinenko V. V. Influence of capillary-porous structures on the intensification of heat transfer processes during boiling of liquids. Molodoi uchenyi [Young Scientist], 2019, vol. 7 (245), pp. 113–116 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.