Отзыв ведущей организации (Исследование кипения в микроканале с покрытием из наночастиц)

УТВЕ ЖДАЮ: Зам, директора по научной работе Федерального государственного бюджетного учреждения науки Объединенный тут высоких тем кадемии наук м .$ риков А.В ОТЗЫВ ведущей организации - Федерального государственного бюджетного учреждения науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук на диссертационную работу Шустова Михаила Владимировича аИССЛЕДОВАНИЕ КИПЕНИЯ В МИКРОКАНАЛЕ С ПОКРЫТИЕМ ИЗ НАНОЧАСТИЦ», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника Теплообменные устройства с кипящим в микроканалах теплоносителем, благодаря высокой площади теплообменной поверхности, приходящейся на единицу объема самого устройства, находят применение для в системах охлаждения аппаратов, отличающихся малыми размерами, таких как силовая электроника, системы кондиционирования, химические микрореакторы н т.п.

Дополнительное повышение зффективности теплообменников может быть достигнуто нанесением на поверхность теплообмена покрытий из частиц диаметром менее 1 мкм. Одним из методов получения такого рода наноповерхности является покрытие поверхности теплообмена слоем наночастиц, выпадающих нз их коллоидного раствора при его кипячении. Диссертация Шустова М,В. посвящена исследованию кипения в микроканале с покрытием стенок, полученным таким способом. Диссертационная работа Шустова М.В.

изложена на 114 страницах машинописного текста, 5 страницах приложений и содержит 57 рисунков и 3 таблицы. Диссертация состоит нз введения, 5 глав, выводов по работе„библиографического списка из 110 наименований и 2-х приложений. Во введении дается краткое обоснование актуальности темы работы, новизны и практической значимости, приводятся сведения об апробации работы, сформулированы цели, задачи, положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору литературы. Рассматриваются результаты известных исследований кипения на поверхностях с покрытием (его влияния на теплоотдачу и критические тепловые потоки) и кипения в микроканалах. Кроме того производится обзор работ, посвященных определению истинного паросодержания парожидкостных потоков в каналах„ влияния на процесс кипения смачиваемости поверхности кипения, а также прочности соединения покрытия из наночастиц с поверхностью нагрева. Во второй главе описываются использованные диссертантом методики экспериментального исследования характеристик кипения.

в большом обьеме на горизонтальна расположенном цилиндрическом рабочем участке и в микроканале с покрытием из наночастиц: теплоотдачн, критического теплового потока. Кроме того, описываются методики определения распределения пара над рабочим участком по его длине, истинного объемного паросодержания потока в микроканале, измерения динамического краевого угла смачивания на поверхностях и результаты оценки погрешностей измерений. В третьей главе представлены результаты исследования кипения в большом объеме на цилиндрической участке без покрьггия и с покрытиями из наночастиц оксида алюминия А!кОз и карбида кремния ЯС.

Автор показывает, что нанесение нанопокрытия неоднозначно сказьшается на теплоотдаче. в случае полированной поверхности нанесение покрытия ведет к увеличению коэффициента теплоотдачн, а в случае нанесения нанопокрытия на технически гладкую (шероховатую) поверхность, теплоотдача снижается Сравнительный анализ распределения объема пара по длине участка на разных покрытиях позволил автору сделать вывод, что изменение теплоотдачи в случае нанесения покрытия связано с изменением числа центров парообразования (уменьшение на исходно шероховатой поверхности н увеличения на полированной). Прн этом, значения критического теплового потока однозначно возрастают в случае нанесения покрытия из наночастиц, Показано, что нанесение нанопокрытия привело к повышению смачиваемости поверхности (уменьшение краевого угла), а это, в свою очередь, обеспечило рост критической тепловой нагрузки.

В четвертой главе приведены результаты исследования кипения воды в микроканале высотой 0,2 мм с покрытием из наночастиц оксида алюминия А|зОз. Показано, что нанесение покрытия не вызвало повышения интенсивности теплоотдачи на участке развитого пузырькового кипеиия. Однако предельный тепловой поток в канале с покрытием из наночастиц на 40-5054 превышает предельную нагрузку в канале без покрытия. В этой же главе приводятся результаты измерений пульсаций истинного объемного паросодержания в микроканале с исходной поверхностью и с покрытием из наиочастиц. Для канала без покрытия получена эмпирическая зависимость для истинного объемного паросодержания от балансового паросодержания В пятой главе описывается предложенный автором гипотетический механизм образования покрытия из наночастиц и приводится оценка толщины нанопокрытия В заключении кратко излагаются основные результаты исследования.

В 2-х приложениях оценивается погрешность полученных данных К числу наиболее существенных результатов, определяющих научную новизну и личный вклад автора, можно отнести следующее. К В работе получены новые данные по теплоотдаче при кипении жидкости в большом объеме на поверхности с покрытием из оксида алюминия и карбида кремния.

Установлено, что нанесение покрытия на исходно шероховатую поверхность вызывает снижение теплоотдачи, а покрытие на исходно полированной поверхности способствует ее росту. Опытным путем показано, что изменение теплоотдачи связано с изменением числа центров парообразования. 2. Установлено, что наличие на поверхности покрытия из наночастиц способствует росту предельных тепловых потоков. Показано, что нанесение нанопокрытия повышает смачиваемость поверхности, что является одним из основных факторов повышения предельных тепловых нагрузок на таких поверхностях. 3.

Проведено исследование теплоотдачи и критических тепловых нагрузок при кипении жидкости в одиночном микроканале с покрытием из наночастиц. Показано, что нанесение покрытия не приводит к изменению интенсивности теплоотдачи, но способствует росту предельных тепловых потоков. 4. Получены данные по средним значениям и пульсациям истинного объемного паросодержания при кипении в микроканале с покрытием из наночастиц и в его отсутствие Выявлено, что в микроканале с покрытием истинное объемное паросодержание выше, чем в канале с поверхностью с исходной шероховатостью. Получена зависимость истинного объемного паросодержання в выходном сечении микроканала без покрытия от балансового паросодержания.

Достоверность полученных результатов основывается на правильном выборе методик проведения исследования и обработки полученных результатов, удовлетворительным совпадением с данными известных работ других авторов. Результаты выполненного исследования могут быть использованы при конструировании теплообмениых устройств, например, компактных микроканальиых теплообменников с кипящим теплоносителем для охлаждения силовой электроники, работающей в условиях высокого тепловыделения. Предлагаемый метод интенсификации теплообмена достаточно прост в применении (выпадение наночастиц и формирование покрытия происходит прн кипении наножидкости), получаемое покрытие из наночастиц может быть нанесено на различные материалы (металлы, кремний), что позволяет создавать интегрированные теплообменннки (теплообменник, выращенный иа кристалле). Важной характеристикой покрытия из ианочастиц является его толщина.

В работе выдвинута гипотеза о том. что максимальная толщина покрытия из наночастиц, получаемых описанным выше способом, лнмитируется толщиной микрослоя под паровым пузырем. В работе выявлены пульсации паросодержания при кипении в микроканалах, что может свидетельствовать о неустойчивости процесса кипения и парообразования. По мнению автора, данный эффект связан с выбранной гидравлической схемой установки (гибкая подводка. центробежный насос). Таким образом, при использовании аналогичной схемы на практике (при охлаждении электронных компонентов) также возможно возникновение таких явлений как пульсации паросодержания, выброс пара во входной коллектор, их необходимо учитывать при проектировании теплообмеиников Выявленная неоднозначная зависимость интенсивности теплоотдачн при кипении в большом объеме от наличия ианопокрытия и состояния исходной поверхности поможет правильно сориентировать конструкторов при выборе средств интенсификации теплоотдачи в аппаратах.

По материалу, представленному в диссертации, имеется ряд замечаний: 1. Исследование теплообмена на поверхностях с покрытиями были осуществлены при нанесении исследуемых покрытий путем кипячения раствора с частицами АЬОз нли ЙС на покрываемой поверхности- оригинальной технологии, разработанной при участии диссертанта. К сожалению, геометрические характеристики покрытия, степень их воспроизводимости и стабильность в условиях длительной работы аппарата освещены в диссертации крайне скудно. Это сужает возможность их применения при принятии конкретных инженерных решений. 2.

Кипение в узком канале при определенном сочетании режимных параметров сопровождается пульсацией паросодержания, расхода охладнтеля и давления среды. Нередки случаи и опрокидывания расхода на входе в канал, особенно в группе 4 парыпельных каналов. Этот факт отвечает действительности, В диссертации, к сожалению. отсутствуют рекомендации по исключению, или хотя бы смягчению этого достаточно опасного эффекта. 3. На установке для исследования кипения в большом объеме температура стенки рабочего участка (капилляра) определялась по показаниям термопары, спай которой был установлен внутри капилляра и, согласно тексту диссертации, касается его стенки.

Поскольку обогрев капилляра осуществляется прямым пропусканием постоянного тока, ток должен проходит и через спай. В этом случае, во-первых, на спае появляется дополнительная разность напряжений, искажающая значение ЭД.С., соответствующее реальной температуре Ва-вторых, протекание тока не только через стенку, но и через спай термопары может изменять величину локального тепловыделения в месте расположения термопары. Этот методически важный момент не был отражен при описании оценки погрешности определения коэффициента теплоотдачи. 4.