Термическое и вторичное распыление капель воды на поверхностях теплообмена
| Parent link: | Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов=Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering/ Национальный исследовательский Томский политехнический университет.— .— Томск: Изд-во ТПУ, 2015-.— 2413-1830 Т. 337, № 1.— 2026.— С. 178-192 |
|---|---|
| Hovedforfatter: | |
| Andre forfattere: | , |
| Summary: | Актуальность. В системах спрейного охлаждения современных энергонасыщенных устройств (процессоров, элементов силовой электроники) шероховатость и смачиваемость поверхностей теплообмена влияют на реализацию гидродинамических режимов испарения капель, включая осаждение, отскок, термическое и вторичное распыление, состояние Лейденфроста, а значит, и предельную тепловую нагрузку, которую может отвести система. В связи с ростом плотности тепловыделения современных устройств широко применяемые на практике подходы к охлаждению достигают приделов. Наиболее перспективным направлением повышения эффективности отвода теплоты является разработка поверхностей теплообмена нового поколения, в том числе обработанных жидкостью (LIS – liquid-infused surfaces). Анализ изменения температуры в приповерхностном слое на поверхностях из алюминиево-магниевого сплава (полированной и двух типах LIS-поверхностей) не только подтвердил фундаментальное влияние смачиваемости на теплосъем, но и выявил качественные различия в механизмах диспергирования «родительской» капли («термическое» и «вторичное распыление») в зависимости от типа поверхности. Цель. Оценка эффективности охлаждения поверхностей теплообмена, обработанных жидкостью, при испарении на них одиночной капли воды в различных гидродинамических режимах, а также определение эффективности охлаждения при реализации «термического» и «вторичного распыления» капель воды на поверхностях теплообмена. Методы. Эффективность процесса охлаждения оценивалась на основании анализа изменения температуры в приповерхностном слое поверхностей теплообмена при взаимодействии капли воды с нагретой поверхностью. Эксперименты проводились с одиночной каплей воды объёмом 10 мкл в широком диапазоне температур поверхностей теплообмена (100–280 °C). Результаты и выводы. Проведена количественная оценка эффективности охлаждения поверхностей LIS в сравнении с полированными поверхностями. Установлены различия в механизмах диспергирования капли воды, обусловленные реализацией режимов «термического» и «вторичного распыления». Показано, что, несмотря на более позднее наступление состояния Лейденфроста на поверхностях LIS по сравнению с полированными, данные поверхности характеризуются наименьшей эффективностью охлаждения среди исследованных. При повышенных температурах эффективность охлаждения LIS дополнительно снижается вследствие истощения слоя предварительно нанесенной жидкости, что приводит к ухудшению теплоотвода и ограничивает практическое применение таких поверхностей в капельных системах охлаждения, особенно в условиях длительных или повторяющихся тепловых нагрузок Relevance. In spray cooling systems of modern high-power devices, including processors and power electronics components, the roughness and wettability of heat transfer surfaces affect hydrodynamic droplet evaporation regimes. These regimes include deposition, rebound, thermal splashing, secondary splashing, and the Leidenfrost state and determine the maximum removable heat flux. The continuous increase in heat dissipation density pushes traditional cooling approaches to their limits. Development of next-generation heat transfer surfaces, including liquid-infused surfaces, represents a promising direction for improving heat removal efficiency. Analysis of near-surface temperature variation on aluminum–magnesium alloy surfaces, including polished and two types of liquid-infused surfaces, confirms the fundamental role of wettability and reveals qualitative differences in parent droplet dispersion mechanisms depending on surface type. Aim. Evaluation of the cooling efficiency of liquidinfused heat transfer surfaces during evaporation of a single water droplet under various hydrodynamic regimes, including thermal and secondary splashing. Methods. Cooling efficiency was evaluated based on analysis of temperature variation in the near-surface layer during interaction between a water droplet and a heated surface. Experiments were conducted using a single 10 μl water droplet over a surface temperature range of 100–280°C. Results and conclusions. The authors have carried out a quantitative comparison of cooling efficiency between liquid-infused and polished surfaces. Distinct droplet dispersion mechanisms associated with thermal and secondary splashing were identified. Despite delayed Leidenfrost onset on liquid-infused surface, the latter exhibits the lowest cooling efficiency among those studied. At elevated temperatures, cooling efficiency of liquid-infused surfaces further decreases due to depletion of the lubricant layer, which degrades heat removal and limits their practical application in droplet cooling systems under prolonged or repeated thermal loads Текстовый файл |
| Sprog: | russisk |
| Udgivet: |
2026
|
| Fag: | |
| Online adgang: | bulletin_tpu-2026-v337-i01-16.pdf https://doi.org/10.18799/24131830/2026/1/5462 |
| Format: | Electronisk Book Chapter |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=685168 |