Inversion of the Boiling Curve on Microstructured Porous Coatings

D. A. Shvetsov; Швецов Д. А.; A. N. Pavlenko; Павленко А. Н.; A. E. Brester; Брестер А. Е.; V. I. Zhukov; Жуков В. И.

doi:10.31857/S0040364423020163

Inversion of the Boiling Curve on Microstructured Porous Coatings

Авторлар: Shvetsov D.A.¹, Pavlenko A.N.¹, Brester A.E.², Zhukov V.I.¹^,2
Мекемелер:
1. Kutateladze Institute of Thermophysics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
2. Novosibirsk State Technical University
Шығарылым: Том 61, № 3 (2023)
Беттер: 405-409
Бөлім: Articles
URL: https://journal-vniispk.ru/0040-3644/article/view/232658
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423020163
ID: 232658

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат
Рұқсат жабық

Рұқсат берілді
Рұқсат жабық

Тек жазылушылар үшін

Аннотация
Авторлар туралы
Әдебиет тізімі
Қосымша файлдар
Статистика

Аннотация

The paper presents an experimental study of heat transfer during boiling in a thin horizontal layer of liquid on a capillary-porous coating. A sample of a stainless steel coating was manufactured using additive 3D printing technology with selective laser sintering. An inversion of the boiling curve was observed on the coating, which led to a fivefold decrease in temperature difference compared to an uncoated surface. After 350 h of the test cycle, the heat flux rate at which the boiling curve inversion occurred decreased by a factor of 7.

Әдебиет тізімі

Дедов А.В. Обзор современных методов интенсификации теплообмена при пузырьковом кипении // Теплоэнергетика. 2019. Т. 66. № 12. С. 18.
Володин О.А., Печеркин Н.И., Павленко А.Н. Интенсификация теплообмена при кипении и испарении жидкостей на модифицированных поверхностях // ТВТ. 2021. Т. 59. № 2. С. 280.
Васильев Н.В., Вараксин А.Ю., Зейгарник Ю.А., Ходаков К.А. Характеристики кипения воды, недогретой до температуры насыщения, на структурированных поверхностях // ТВТ. 2017. Т. 55. № 6. С. 712.
Pecherkin N.I., Volodin O.A., Pavlenko A.N., Kataev A.I., Mironova I.B. Heat Transfer Enhancement Experiments in R21 Falling Film over a Bundle of MAO-coated Horizontal Tubes // Int. Commun. Heat Mass Transfer. 2021. V. 129. P. 105743.
Попов И.А., Щелчков А.В., Гортышов Ю.Ф., Зубков Н.Н. Интенсификация теплоотдачи и критические тепловые потоки при кипении на поверхностях с микрооребрением // ТВТ. 2017. Т. 55. № 4. С. 537.
Аксянов Р.А., Коханова Ю.С., Куимов Е.С., Лэй Р.А., Попов И.А. Обобщение экспериментальных данных по теплоотдаче и критическим тепловым потокам на микроструктурированных поверхностях при кипении различных жидкостей // Тепловые процессы в технике. 2020. Т. 12. № 7. С. 301.
Volodin O.A., Pecherkin N.I., Pavlenko A.N., Zubkov N.N. Surface Microstructures for Boiling and Evaporation Enhancement in Falling Films of Low-viscosity Fluids // Int. J. Heat Mass Transfer. 2020. V. 155. P. 119722.
Zabirov A., Kanin P., Vinogradov M., Sliva A., Dedov A., Fedorovich S., Yagov V. Influence of Carbon Coating and Oxide Layer on Film Boiling Regime // Mater. Today: Proc. 2018. V. 5. № 12. P. 26171.
Molotova I., Zabirov A., Yagov V., Vinogradov M., Kanin P., Molotov I., Antonov N. Influence of Coolant and Material Properties on Cooling High-temperature Steel Spheres in Subcooled Ethanol-water Mixtures // Int. J. Therm. Sci. 2022. V. 179. P. 107659.
Павленко А.Н., Цой А.Н., Суртаев А.С., Кузнецов Д.В., Калита В.И., Комлев Д.И., Иванников А.Ю., Радюк А.А. Экспериментальное исследование повторного смачивания перегретой пластины со структурированным капиллярно-пористым покрытием стекающей пленкой жидкости // ТВТ. 2018. Т. 56. № 3. С. 424.
Starodubtseva I.P., Kuznetsov D.V., Pavlenko A.N. Experiments and Modeling on Cryogenic Quenching Enhancement by the Structured Capillary-porous Coatings of Surface // Int. J. Heat Mass Transfer. 2021. V. 176. P. 121388.
Jaikumar A., Kandlikar S.G. Pool Boiling Inversion Through Bubble Induced Macroconvection // Appl. Phys. Lett. 2017. V. 110. № 9. P. 094107.
Pavlenko A.N., Lel. V.V. Heat Transfer and Crisis Phenomena in Falling Films of Cryogenic Liquid // Russ. J. Eng. Therm. 1997. V. 7. № 3–4. P. 177.
Cieśliński J.T. Nucleate Pool Boiling on Porous Metallic Coatings // Exp. Therm. Fluid Sci. 2002. V. 25. № 7. P. 557.
Jaikumar A., Kandlikar S.G. Ultra-high Pool Boiling Performance and Effect of Channel Width with Selectively Coated Open Microchannels // Int. J. Heat Mass Transfer. 2016. V. 95. P. 795.
Hai F., Zhu W., Liang S., Yang X., Deng Y. Enhanced Pool Boiling Performance of Microchannel Patterned Surface with Extremely Low Wall Superheat Through Capillary Feeding of Liquid // Nanoscale Microscale Thermophys. Eng. 2020. V. 24. № 2. P. 66.
Li J., Zhu G., Kang D., Fu W., Zhao Y., Miljkovic N. Endoscopic Visualization of Contact Line Dynamics During Pool Boiling on Capillary-activated Copper Microchannels // Adv. Funct. Mater. 2021. V. 31. № 4. P. 2006249.
Rahman M.M., McCarthy M. Effect of Length Scales on the Boiling Enhancement of Structured Copper Surfaces // J. Heat Transfer. 2017. V. 139. № 11. P. 111508.
Kruse C., Tsubaki A., Zuhlke C., Anderson T., Alexander D., Gogos G., Ndao S. Secondary Pool Boiling Effects // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 108. № 5. P. 827.
Song Y., Díaz-Marín C.D., Zhang L., Cha H., Zhao Y., Wang E.N. Three-tier Hierarchical Structures for Extreme Pool Boiling Heat Transfer Performance // Adv. Mater. 2022. V. 34. № 32. P. 2200899.
Малышенко С.П., Андрианов А.Б. О начальном участке кривой кипения на поверхностях с пористыми покрытиями и гистерезисе закипания // ТВТ. 1987. Т. 25. № 3. С. 563.
Васильев Л.Л., Журавлев А.С., Овсянник А.В., Новиков М.Н., Васильев Л.Л. Теплоотдача при кипении сжиженного пропана в капиллярно-пористых структурах // Вести НАН Беларуси. 2002. № 4. С. 114.
Poniewski M.E. Peculiarities of Boiling Heat Transfer on Capillary-porous Coverings // Int. J. Therm. Sci. 2004. V. 43. № 5. P. 431.
Wang Y.Q., Luo J.L., Heng Y., Mo D.C., Lyu S.S. Wettability Modification to Further Enhance the Pool Boiling Performance of the Micro Nano Bi-porous Copper Surface Structure // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 119. P. 333.
Costa-Greger J., Tsubaki A., Gerdes J., Anderson M., Zuhlke C., Alexander D., Shield J., Gogos G. Pool Boiling Inversion and Hysteresis with Femtosecond Laser Processed 304 Stainless Steel Surfaces for Heat Transfer Enhancement // 19th IEEE Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems (ITherm). IEEE. 2020. P. 298.
Бессмельцев В.П., Павленко А.Н., Жуков В.И. Разработка технологии создания структурированных капиллярно-пористых покрытий методом 3D-печати для интенсификации теплообмена при кипении // Автометрия. 2019. Т. 55. № 6. С. 25.
Zhukov V.I., Pavlenko A.N., Shvetsov D.A. The Effect of Pressure on Heat Transfer at Evaporation/Boiling in Horizontal Liquid LayErs of Various Heights on a Microstructured Surface Produced by 3D Laser Printing // Int. J. Heat Mass Transfer. 2020. V. 163. P. 120488.
Зубченко А.С., Колосков М.М., Каширский Ю.В. и др. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. / Под ред. Зубченко А.С. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.
Yaws C.L. Handbook of Thermodynamic and Physical Properties of Chemical Compounds. N.Y.: Knovel, 2003. P. 597.
Zhukov V.I., Pavlenko A.N. Heat Transfer and Critical Phenomena During Evaporation and Boiling in a Thin Horizontal Liquid Layer at Low Pressures // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 117. P. 978.