Отзыв оппонента 2 (Исследование кипения в микроканале с покрытием из наночастиц)

Отзыв официального оппонента на диссертацию М.В. Шустова «Исследование кипения в микроканале с покрытием из наночастиц», представленную на соис- кание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14-Теплофизика и теоретическая теплотехника Актуальность работы Представленная работа посвящена одному из возможных решений актуальной современной проблемы — изучению возможности создания компактных теплообменных аппаратов, позволяющих снимать высокие тепловые мощности„выделяемые при работе различных разрабатываемых в настоящее время устройств, включая, например, средства электроники с использованием нано- технологий. Эти проблемы стоят сегодня очень остро, в частности, в связи с тем, что дальнейшая миниатюризация элементов электронных схем открывает возможности достижения теоретических пределов по удельным объемам памяти и быстродействию средств электроники, но, как известно, уменьшение размеров твердых тел до наномасштабов, где не выполняется классический закон Фурье, ведет к резкому уменьшению теплопроводности веществ, а значит, - к увеличению тепловыделения на единицу объема системы.

Однако, переход к микроканальным теплообменным устройствам также вызывает определенные проблемы, связанные с ростом гидравлического сопротивления трения и уменьшением чисел Рейнольдса при тех же значениях скоростей теплоносителя. В связи с этим представляется перспективным и очень интересным представленное решение задачи интенсификации переноса тепла благодаря использованию покрытия поверхности теплообмена слоем наночастиц и работе теплообменного аппарата в режиме кипения.

В качестве цели, поставленной при выполнении данной работы, явилось изучение влия- ние покрытия из наночастиц на теплообмен и гидродинамику при кипении воды в микроканале высотой 0,2 мм. Содержание работы Обратимся к содержанию работы. Глава первая традиционно посвящена обзору исследований подобного рода. Отмечаются важные особенности, отличающие характер кипения на плоской и микропористой поверхностях. Они заключаются, в частности, в том, что кипение на пористых поверхностях начинается при существенно меньшем температурном напоре, чем в случае плоских поверхностей: в представленном примере напор уменьшается в десять раз — с десяти до одного градуса Цельсия.

Весьма интересны представленные в обзоре результаты, указывающие на зависимости углов смачивания жидкостей от свойств поверхностей, а также влияние углов смачивания на критические тепловые нагрузки. Представлены также результаты изучения кипения в микроканалах, вопросы устойчивости таких режимов и их влияния на величины критической тепловой нагрузки. Интересны данные, показывающие, что при течении жидкости в микроканале с рельефом в режиме конвективного теплообмена коэффициент теплообмена возрастает на 25',4, режиме пузырькового кипения — на 50',4, но при этом рост гидравлического сопротивления — 20',4. В обзоре отмечены также некоторые другие вопросы, касающиеся темы диссертации. Затем формулируются основные задачи диссертации.

Вторая глава посвящена описанию методов экспериментальных исследований и собственно экспериментальных установок. Сначала подробно описывается метод исследования кипения в большом объеме и обсуждаются возможные источники погрешности измерений и оценки величин погрешностей. Затем представлена установка и методы анализа процессов кипения в одиночном микроканале. Затем — вопросы, связанные с возможностью исследования кипения в системе микроканалов. Затем представлены результаты определения кривых кипения воды в большом объеме, выполненные авто- ром.

Третья глава посвящена изложению результатов изучения кипения в большом объеме на поверхности с покрытием из наночастиц. Выли изучены процессы теплоотдачи при кипении для случаев гладких поверхностей и с нанесенными на поверхности покрытиями из А120з и ЯС. Показано, что в случаях, когда поверхность покрыта наночастицами, наблюдается существенное уменьшение коэффициента теплоотдачи в сравнении со случаем отсутствия покрытия. Далее представлены результаты измерений смачиваемости поверхностей с покрытием из наночастиц и влияние смачиваемости на критическую тепловую нагрузку. Результаты показывают, что рост критической нагрузки происходит с уменьшением угла смачивания, Покрытие из наночастиц улучшает смачивание, увеличивает критическую тепловую нагрузку на 30-5004 и препятствует развитию кризиса кипения.

Интересна, что как для А1~0ь так и для ЯС покрытие уменьшает теплоотдачу на трубке с исходно шероховатой поверхностью и увеличивает на полированной трубке. В четвертой главе излагаются результаты исследований кипения в микроканале с покрытием из наночастиц А!~Оп Эксперименты выполнены при конвекции, пузырьковом кипении и переходном режиме при атмосферном давлении. В работе представлены результаты измерений тепловой нагрузки в зависимости от температуры стенки на технически гладкой поверхности и на поверхности с покрытием из наночастиц при различных значениях расхода воды. Показано, что на поверхности с покрытием из наночастиц имеет место увеличение критической тепловой нагрузки и теплоотдачи по сравнению с кипением на технически гладкой поверхности.

Далее в четвертой главе представлены данные, характеризующие истинное объемное паросодержание и динамику роста паровых пузырей при кипении в микроканале. Обнаружены эффекты блокировки микроканала паром и реверс потока на входе в канал. Это приводит к росту паросодержания на входе в канал и увеличению гидравлического сопротивления. Интересные данные представлены по пульсации объемного паросодержания. Отмечается, что эти явления характерны для кипения в микроканалах. В главе пятой обсуждаются физические механизмы формирования покрытия поверхности наночастицами, а также представлены данные по измерению толщин этих покрытий.

Заключая обзор представленной работы, следует кратко сформулировать основные результаты. Автор экспериментально исследовал процессы кипения на двух типах поверхности: технически гладкой медной и меди,покрытой наночастицами. Исследования кипения проводились, как в большом объеме, так и в микроканале высотой 0,2 мм. В результате показано, что, вопервых, особенностью поведения жидкости на поверхностях, покрытых наночастицами, является увеличение смачиваемости такой поверхности и рост критической тепловой нагрузки по сравнению с поверхностью без покрытия на 30-500'0. При этом характер кипения в большом объеме и в микроканале имеет различные свойства.

Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, достоверность полученных результатов подтверждается тем, что в работе использованы надежные современные экспериментальные методы исследования, проведен тщательный анализ погрешностей, показано, что полученные данные не противоречат фундаментальным законам.

Новизна н ценность полученных результатов Новизна результатов определяется новизной постановки задачи. При изучении кипения в большом объеме новыми являются результаты измерений на поверхностями с покрытиями из наночастиц А1..0з и ЯС. Впервые получены данные о распределении количества пара над рабочим участком, По- казано, что критическая тепловая нагрузка на поверхности с покрытием из наночастиц растет с уменьшением контактного угла при оттоке жидкости. Изучение кипения воды в микроканале высотой 0,2 мм с покрытием стенок наночастицами А120, и без покрытия позволило впервые сопоставить соответствующие данные по теплоотдаче и критической тепловой нагрузке. Впервые измерены средние значения и пульсации объемного содержания в микроканале с покрытием и без покрытия.

Результаты показывают, что при кипении воды в микроканале с покрытием из наночастиц из оксида алюминия имеет место рост критической тепловой нагрузки и теплоотдачи в переходной области. Теплоотдача в области пузырькового кипения не изменяется в исследованном диапазоне параметров. Замечания Замечания по существу относятся к следующему. 1.Желательно было бы сравнить полученные данные с использованием нано- покрытий с кипением на поверхностях с микрошероховатостями.

2.Полученные результаты по кипению в микроканалах явно указывают на проблему гидравлических сопротивлений в таких системах. Хотелось бы получить более полную информацию о влиянии режимов кипения на гидравлические потери. Следует отметить, что место, где выполнена данная работа, - кафедра «Инженерной теплофизики» Московского энергетического института, - широко известно в России и за ее рубежами высокой культурой и важными результатами, полученными в том числе, в данной области теплофизических исследований (работы В.В.

Ягова, 1О.А. Кузма-Кичты и др,). Заключение В целом, работа М.В, Шустова удовлетворяет требованиям ВАК к кандидатским диссертациям, Достоверность полученных результатов не вызывает со- мнения, все основные результаты работы представлены в публикациях. По- лучены новые данные, имеющие значение для дальнейшего развития данного направления, как с научной, так и с практической точки зрения.

новича Хвесюка зацафрр;,",,.",~. Р '. "~,'"'.."." Ъ,',"'=-'ь Подпись Владимира Ива Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет имени Н.Э. Ба- умана (МГТУ им. Н.Э. Баумана) 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д.5, стр. 1. Тел, 1499) 2бЗ-б3-91 Факс (499) 267-48-44 Е-та11: ЬашпапфЬпз1и.ги Официальный оппонент, зав, кафедрой «Теплофизика» МГТУ им. 1-1Э. Баумана, д.т,п.

проф. 1~~~-,р )Владимир Иванович Хвесюк И. 02, 2о16 .