| Аннотация |
В настоящий момент спрейное и микроструйное охлаждение, в том числе в
стеснённых условиях, рассматривается как один из наиболее перспективных
методов для разработки высокоэффективных компактных систем термостабилизации
для силовой электроники, современных высокомощных лазеров, светодиодов,
радаров и полупроводниковых чипов. Это связано с возрастающей мощностью
тепловыделения с поверхности теплонапряжённых устройств и микрочипов из-за
роста производительности и ограничениями по теплоотводу традиционных систем
охлаждения.
Анализ многообразия явлений, возникающих при кипении жидкости в пленке,
формируемой при газо-капельном охлаждении, показывает, что теоретическое
моделирование данного процесса является крайне сложной задачей. Поэтому
сегодня нет общепринятого подхода для описания теплообмена и кризисных явлений при кипении при спрейном охлаждении. Слабо изучены характеристики
кипения в условиях непрерывного капельного орошения поверхности плёнки
жидкости, а исследования по характеристикам сухих пятен и вовсе отсутствуют.
Поэтому одной из основных целей проекта является комплексное
экспериментальное исследование локальных и интегральных характеристик кипения
и сухих пятен, теплообмена и развития кризисных явлений с использованием
высокоскоростных методов визуализации, ИК-термографии, специальных
тепловыделяющих элементов с прозрачными ITO нагревателями, а также ИИ методов
автоматической обработки данных. Это позволит определить взаимосвязь между
характеристиками кипения, параметрами спрея, теплообменом и критическими
тепловыми потоками и выявить определяющие механизмы теплопереноса при
охлаждении с использованием газо-капельных потоков.
Для создания компактных систем микроструйного\спрейного охлаждения требуются
исследования процессов в стеснённых условиях. Поэтому в проекте будет уделено
особое внимание данной задаче. Для организации эффективного теплоотвода с
минимизацией массогабаритных характеристик системы требуется тщательное
изучение и управление течением в микроканале, а также оптимизация системы
орошения. На решение этих проблем, а также задач, связанных с исследованием
эффективности охлаждения компактных спрейно\микроструйных систем,
разработанных в проекте, будет направлен настоящий проект.
Другой задачей проекта является разработка методов интенсификации теплообмена
и повышения критических тепловых потоков при спрейном и микроструйном
охлаждении. В настоящий момент одними из наиболее популярных методов
повышения эффективности охлаждения в двухфазных системах являются пассивные
методы, основанные на модификации поверхности теплообмена. Однако подавляющее
большинство методов, использованных для интенсификации теплообмена при газокапельном охлаждении, позволяют создавать покрытия или структуры с
характерными размерами от сотен микрон, что проблематично при использовании в
стеснённых условиях. Более того, представленные методы не позволяют управлять
свойствами смачивания поверхности. С другой стороны, использование
супергидрофильных поверхностей может оказать существенный положительный
эффект на замывание сухих пятен и повышение критического теплового потока при
спрейном\микроструйном охлаждении. В данном проекте предлагается использовать
модифицированные лазерным излучением теплообменные поверхности с
супергидрофильными и бифильными свойствами смачивания с различной морфологией
для интенсификации теплообмена и повышения критических тепловых потоков при
спрейном\микроструйном охлаждении, в том числе в стеснённых условиях.
Указанные в проекте исследования позволят привести не только к новым
фундаментальным знаниям о тепломассообменных процессах при спрейном и
микроструйном охлаждении, но и разработать новые высокоэффективные компактные
системы термостабилизации, а также превзойти рекордные критические тепловые
потоки для двухфазных систем, полученные в рамках проекта 2022, и значений,
опубликованных в литературе.
|
