Введение к работе
Актуальность темы. Интенсификация теплообмена при фазовых превращениях является одной из основных задач инженерной теплофизики. Методы интенсификации теплообмена можно разделить на два типа: пассивные и активные, связанные с воздействием внешних полей на систему. Примерами пассивных методов интенсификации теплообмена являются: оребрение, использование пористых покрытий, использование поверхностно-активных веществ. Примерами активных методов интенсификации теплообмена являются воздействия на среду с помощью акустических, электрических и магнитных полей.
Воздействие электромагнитных полей на системы, состоящие из разных фаз, может приводить к изменению параметров фазового равновесия, изменению границ термодинамической устойчивости, приводить к созданию дополнительных сил, влияющих на гидродинамику процессов при фазовых превращениях. Эти эффекты могут оказывать существенное воздействие на тепловые процессы. Задачи экспериментальных и теоретических исследований влияния электрического поля на процессы теплообмена важны как для развития физики тепловых процессов при фазовых превращениях, так и для решения прикладных задач, связанных с разработками и созданием нового высокоэффективного и энергосберегающего оборудования.
В электрических аппаратах высокого напряжения, а также в блоках электронной аппаратуры часто используются жидкие диэлектрики, которые представляют собой электроизоляционные жидкости. Применение жидких диэлектриков обусловлено двумя качествами этих веществ: их высокой электрической прочностью и их способностью, как жидкостей, отводить большие потоки тепла от нагретых элементов. Исследование теплообмена и влияния на него электромагнитных полей в таких системах является важной задачей, т.к. перегрев отдельных участков электротехнического оборудования может привести к созданию аварийной ситуации. Не менее важным вопросом является изучение влияния электрического поля на парообразование в таких системах, т.к. появление паровой фазы в жидком диэлектрике существенно снижает его электрическую прочность.
Цель работы. Выявление особенностей тепловых процессов при кипении диэлектрической жидкости в электрическом поле. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:
1. Экспериментальное исследование зародышеобразования в диэлектрической жидкости в присутствии внешнего электростатического ПОЛЯ.
-
Экспериментальное исследование интенсификации теплообмена при кипении диэлектрической жидкости в неоднородном электрическом поле.
-
Экспериментальное исследование размерных эффектов при кипении диэлектрических жидкостей в неоднородном электрическом поле.
Научная новизна. В диссертации получены следующие новые результаты:
экспериментально исследован локальный теплообмен при кипении жидкого азота, результаты экспериментов подтвердили теоретические выводы работ [1-4], предсказывающие облегчение зародышеобразования в диэлектрической жидкости при воздействии внешнего электрического поля;
экспериментально обнаружен новый эффект полевых ловушек при кипении в неоднородных полях в основаниях выступов на обогреваемой поверхности и показано, что для интенсификации локального теплообмена характерные неоднородности на обогреваемой поверхности должны быть порядка 1,5-3 отрывных диаметров пузырей без поля;
выполнена серия экспериментальных исследований, показывающая возможность интенсификации среднего по поверхности теплообмена при кипении диэлектрической жидкости в неоднородном электрическом поле с использованием эффекта полевых ловушек.
Практическая значимость. Полученные результаты демонстрируют смещение параметров фазового перехода жидкость-пар в сторону меньших перегревов поверхности в присутствии внешнего электрического поля, подтверждая выводы работ [1-4], предсказывающих инициацию зародышеобразования электрическим полем.
Исследованный эффект полевых ловушек открывает новые возможности управления тепломассообменом при кипении диэлектрических жидкостей и его интенсификации с помощью внешних электрических полей.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на национальных и международных конференциях, в том числе: Российские национальные конференции по теплообмену (РНКТЗ, РНКТ4, РНКТ5 Москва 2002, 2006, 2010), XIV, XV и XVI Школы-семинары молодых ученых и специалистов под руководством академика А.И. Леонтьева (Рыбинск 2003, Калуга 2005, Санкт-Петербург 2007), 2003 ASME International Mechanical Engineering Congress (Washington DC 2003), 6th International conference on boiling heat transfer (Spoleto, Italy, 2006), 5th European Thermal-Sciences Conference, EUROTHERM2008 (Eindhoven, The Netherlands, 2008).
Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в журнале "Теплофизика высоких температур" и 12 работ, включенных в труды национальных и международных конференций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 103 страницах, включает 18 таблиц и 65 рисунков. Состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 91 наименования и 2 приложений.
