Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Теплообмен при кипении жидкостей на микроповерхностях в большом объеме применительно к охлаждению элементов радиоэлектронной аппаратуры Кравец Владимир Юрьевич

Теплообмен при кипении жидкостей на микроповерхностях в большом объеме применительно к охлаждению элементов радиоэлектронной аппаратуры
<
Теплообмен при кипении жидкостей на микроповерхностях в большом объеме применительно к охлаждению элементов радиоэлектронной аппаратуры Теплообмен при кипении жидкостей на микроповерхностях в большом объеме применительно к охлаждению элементов радиоэлектронной аппаратуры Теплообмен при кипении жидкостей на микроповерхностях в большом объеме применительно к охлаждению элементов радиоэлектронной аппаратуры Теплообмен при кипении жидкостей на микроповерхностях в большом объеме применительно к охлаждению элементов радиоэлектронной аппаратуры Теплообмен при кипении жидкостей на микроповерхностях в большом объеме применительно к охлаждению элементов радиоэлектронной аппаратуры Теплообмен при кипении жидкостей на микроповерхностях в большом объеме применительно к охлаждению элементов радиоэлектронной аппаратуры Теплообмен при кипении жидкостей на микроповерхностях в большом объеме применительно к охлаждению элементов радиоэлектронной аппаратуры
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Кравец Владимир Юрьевич. Теплообмен при кипении жидкостей на микроповерхностях в большом объеме применительно к охлаждению элементов радиоэлектронной аппаратуры : ил РГБ ОД 61:85-5/2591

Содержание к диссертации

Введение

Глава первая. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ КИПЕНИИ НА ПОВЕРХНОСТЯХ МАЛОГО РАЗМЕРА ( МИКРО ПОВЕРХНОСТЯХ ) . 15

1.1. Проблемы охлаждения миниатюрных полупроводниковых приборов 15

1.2. Влияние размера теплоотдающей поверхности на ty»

при кипении в большом объеме 19

1.3. Пульсации температуры при кипении жидкостей на локально обогреваемых поверхностях 35

1.4. Теплообмен при кипении на плоских горизонтальных поверхностях малого размера 41

1.5. Выводы по обзору литературы и постановка задачи исследования 50

Глава вторая. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 53

2.1. Экспериментальная установка 53

2.2. Методика проведения экспериментальных исследований. 69

2.3. Оценка погрешностей экспериментов 79

Глава третья. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ МИКРОПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ КИПЕНИИ НА НИХ ЖИДКОСТЕЙ 91

3.1. Пульсации температуры микроповерхности при кипении жидкостей 91

3.2. Скорость роста паровых пузырей при кипении жидкостей на микроповерхностях 103

3.3. Стадии кипения на микроповерхностях 112

Глава четвертая. ТЕПЛООБМЕН И МАКСИМАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ НАГРУЗКИ

ПРИ КИПЕНИИ ЖИДКОСТЕЙ НА МИКРОПОВЕРХНОСТЯХ.119

4.1. Интенсивность теплообмена при кипении жидкостей на микроповерхностях 119

4.2. Анализ и обобщение экспериментальных данных по пузырьковому кипению жидкостей на микроповерхностях 146

4.3. Максимальные тепловые нагрузки при кипении жидкостей на микроповерхностях 160

Глава пятая. МЕТОДЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА В ИСПАРИТЕЛЬНО-КОНДЕНСАЦИОННЫХ ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ РЭА 169

5.1. Влияние взаимного расположения микроповерхностей на критические тепловые потоки при кипении 169

5.2. Теплообмен при кипении жидкостей на микроповерхности, покрытой капиллярно-пористой структурой 183

5.3. Рекомендации к организации процесса охлаждения элементов РЭА, погруженных в жидкие диэлектрики .198

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 214

ЛИТЕРАТУРА 217

ПРИЛОЖЕНИЯ 231

П.І. Некоторые результаты кинематографического исследования характеристик пузырькового кипения воды на микроповерхности диаметром 0,87.10 м 232

П.2. Акт о внедрении результатов диссертационной работы 236

Введение к работе

ХХУІ съезд КПСС утвердил "Основные направления экономического и социального развития на І98І-І985 годы и на период до 1990 года", в которых к числу первоочередных задач XI пятилетки отнесено создание миниатюрных устройств (микро ЭВМ, микропроцессоров, шкророботов и т. п.)» способствующих ускорению научно-технического прогресса и перехода экономики на интенсивный путь развития. Миниатюризация устройств требует дальнейшего усовершенствования систем их термостабилизации, так как уменьшение ыассогабаритных характеристик объектов приводит к увеличению тепловых нагрузок.

Быстрые темпы развития радиоэлектроники, и особенно микрорадиоэлектроники, поставили перед разработчиками приборов и аппаратуры актуальную задачу создания надежных систем охлаждения, способных обеспечить эффективный отвод теплоты при условии повышения предельных тепловых потоков, отводимых от миниатюрных полупроводниковых приборов.

Снижение ыассогабаритных характеристик полупроводниковых приборов с одновременным увеличением выделяемой мощности рассеяния создает условия теплонапряженной работы наиболее ответственных элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Увеличение температуры микрополупроводниковых приборов приводит к изменению их рабочих характеристик, что ухудшает работу приборов и может привести к выходу из строя элементов РИА и всего устройства в целом. Поэтому увеличение мощности рассеяния таких приборов требует более эффективных систем охлаждения элементов РЗА. Традиционные способы охлаждения (газовое и жидкостное омы-вание радиаторов и корпусов приборов) не во всех случаях обеспечивают надежный отвод теплоты от микрополупроводниковых при- боров.

Одним из возможных путей обеспечения заданных температурных режимов элементов РЭА является реализация на поверхностях корпусов приборов пузырькового кипения охлаждающих жидкостей. Однако, даже и в этих условиях не всегда имеется возможность добиться удовлетворительного температурного режима работы приборов ввиду больших значений термических сопротивлений между р-п переходом и корпусом прибора. Организация кипения непосредственно на поверхности кристалла полупроводникового прибора, погруженного в жидкость, дает возможность существенно снизить термическое сопротивление между р-п переходом и средой и тем самым обеспечить надежную работу прибора при повышенных мощностях рассеяния. При этом размеры кристаллов полупроводниковых приборов, как правило, соизмеримы с определяющими линейными характеристиками локальных физических явлений, определяющих интенсивность процессов тепло- и массопереноса, например, в случае кипения жидкости линейные размеры кристаллов соизмеримы с отрывными диаметрами паровых пузырьков.

Условия кипения жидкостей на поверхностях малого размера существенно отличаются от кипения на протяженных поверхностях. Это проявляется прежде всего в том, что: - тепловой пограничный слой формируется только в окрестностях локального тепловыделения и имеет существенно меньшую толщину, зависящую от размеров поверхности, - пузырьковое кипение в этом случае возникает при более высоких температурных напорах, - малая инерционность таких поверхностей теплообмена позволяет сократить время выхода на стационарный режим, - при кипении поверхность малого размера подвергается периодическим температурным возмущениям, которые связаны с действием на ней центров парообразования.

Отличия в условиях кипения на малых и протяженных поверх- ностях приводят к тому, что возникает ряд нерешенных вопросов и задач, связанных с расчетом тепловых режимов реальных микроповерхностей.

Вопросами исследования физики процесса пузырькового кипения на локально обогреваемых поверхностях занимался ряд исследователей под руководством видных советских и зарубежных ученых. Большой вклад в изучения этого вопроса внесли советские ученые В.И.Толубинский, Д.А.Лабунцов, В.А.Григорьев, В.И.Субботин, В.И.Бараненко, Ю.Н.Островский и многие другие.

В литературе значительное число работ, посвящено изучению пульсаций температуры поверхности под действующим центром парообразования [40, 4-6, 48 ... 63] . Для получения таких колебаний температуры исследователи применяли малоинерционные и малогабаритные теплоотдающие поверхности, размеры которых, в некоторых случаях, были соизмеримы с отрывными диаметрами паровых пузырей. Однако несмотря на большое количество работ по исследованию пульсаций температуры при кипении жидкостей на поверхностях малого размера, наблюдается значительный разброс опытных данных. В разных исследованиях получены отличающиеся друг от друга результаты, которые.слабо коррелируют между собой.

Несмотря на то, что большое количество работ посвящено изучению кипения на локально обогреваемых поверхностях, характеристики процесса кипения жидкостей на поверхностях малого размера изучены недостаточно полно. Вопросам исследования теплообмена при кипении жидкостей на таких поверхностях посвящено ограниченное количество работ. Результаты исследований [35, 36, 47] , в которых изучался теплообмен при кипении на локально обогреваемых поверхностях, носит частный характер, что не позволяет сделать полный анализ особенностей изучаемых процессов и создать надежную методику расчета температурных режимов микроповерхно- , стей. Опытные данные отдельных исследований не коррелируют между собой. Так, например, [Зб] при кипении воды отмечается большой разброс экспериментальных точек, достигающий 100 и более процентов. Данные [Зб] трудно увязать с исследованием [47] , поскольку в [Зб] изучался теплообмен в отдельной точке на большой поверхности, где реализовывалось пузырьковое кипение. В [47] кипение осуществлялось на отдельной локально обогреваемой поверхности диаметром З.Ю""3м. При кипении воды на поверхности диаметром 4.10~3м [35] приведена удовлетворительная сходимость экспериментальных точек с данными [38] . Однако условия кипения жидкостей в [35] и [38] принципиально отличаются между собой. Исследования [35] и [47] хотя и проводились примерно на одинаковых размерах поверхностей, однако разброс данных между ними весьма существенный. Увеличение критической плотности теплового потока при кипении на поверхностях малого размера отмечается в [26, 28, 32] , однако в этих работах опыты были проведены для двух жидкостей (вода и азот), что не позволяет дать обобщающую зависимость для определения СЬкрна поверхностях различных размеров.

Б результате анализа экспериментальных работ по изучению закономерностей теплообмена при кипении жидкостей на поверхностях малого размера выявлен ряд теплофизических задач, решение которых диктуется развитием микрорадиоэлектроники. Реальные схемы радиоэлектронных приборов состоят из большого числа полупроводниковых элементов, многие из которых при своих малых габаритах выделяют значительные мощности рассеяния. При обеспечении заданных температурных режимов работы таких полупроводниковых элементов путем реализации кипения охлаждающих жидкостей на поверхностях их кристаллов возникает много нерешенных задач. В этой связи представляется актуальным изучение характеристик те- плоотдачи и определение максимальных тепловых нагрузок при кипении жидкостей на горизонтально расположенных микроповерхностях различных размеров.

Целью настоящей работы являлось изучение температурных режимов и интенсивности теплоотдачи при кипении воды, этилового спирта и фторорганических жидких диэлектриков на микроповерхностях, определение критических тепловых потоков в зависимости от размеров микроповерхностей и поиск путей интенсификации теплообмена при кипении жидкостей.

Для решения этой задачи автором была создана установка для проведения экспериментальных исследований, выполнено несколько типов опытных участков и разработана методика проведения экспериментов и обработки опытных данных.

В работе изложены результаты исследований основных характеристик теплообмена при кипении жидкостей на микроповерхностях различных диаметров. Установлено, что при кипении на микроповерхностях пульсации температуры под действующим центром парообразования зависят от материала поверхности теплообмена, от рода и параметров жидкости. Определены три стадии пузырькового режима кипения на микроповерхностях. Получены опытные данные, на основании которых выявлена зависимость значений отрывных диаметров паровых пузырей от величины пульсаций температуры поверхности. Найдены количественные соотношения теплообмена при кипении жидкостей на микроповерхностях. Показано, что температура начала кипения зависит от размеров поверхности: чем меньше размер поверхности, темА1Нквыше. Определено, что с уменьшением размеров горизонтальной теплоотдающей поверхности tyKp при кипении на ней увеличивается по сравнению с протяженной поверхностью. Получено соотношение, позволяющее определить Q-кр.мп в той области , где сказывается влияние размера поверхности на критическую пло- тность теплового потока. Создана дискретно-неизотермическая теплообменная поверхность (авторское свидетельство їй 705241 ), от которой при кипении можно отвести более высокие тепловые нагрузки, чем от гладком изотермической поверхности. Исследованы основные характеристики теплообмена при кипении воды на такой поверхности. Получены соотношения, позволяющие рассчитать конструкцию дискретно-неизотермической поверхности с оптимальными тепловыми характеристиками. Предложены рекомендации по интенсификации процесса теплообмена при кипении жидкостей на микроповерхностях. Исследованы температурные режимы р-п перехода кристалла бескорпусного полупроводникового прибора при погружении его в жидкие фторорганические диэлектрики. Показано снижение термического сопротивления между р-п переходом и охлаждающей средой при реализации кипения на поверхности кристалла. В диссертации защищаются:

Экспериментально установленные закономерности теплообмена при кипении жидкостей в большом объеме на горизонтально расположенных микроповерхностях и зависимости,описывающие теплообмен при кипении на микроповерхностях;

Физические представления о процессе кипения на одиночных и взаимодействующих между собой микроповерхностях;

Соотношения для расчета tyKp- критической плотности теплового потока при кипении жидкостей на микроповерхностях;

Закономерности теплообмена, полученные при кипении жидкостей на новом типе теплообменной поверхности (авторское свидетельство № 705241) и соотношении, позволяющие оптимизировать конструкции дискретно-неизотермических поверхностей;

Рекомендации по интенсификации процесса теплообмена при кипении жидкостей на микроповерхностях;

Рекомендации по снижению температуры р-п перехода ре- ального полупроводникового прибора.

Работа выполнена на кафедре парогенераторостроения и инженерной теплофизики Киевского ордена Ленина политехнического института им. 50 - летия Великой октябрьской социалистической революции в соответствии с координационными планами АН СССР и АН УССР на І976-І98І г.г. по проблеме "Теплофизика" (шифры: I. 9. 4. б. (II) и I. 9. 4. 8. (2) ). Номера госрегистрации 7SG4855H и 78048559.

Основные результаты работы опубликованы во всесоюзных сборниках и трудах конференций.

1. Щербаков В.К., Кравец В.Ю. Теплообмен при кипении воды и фторорганических жидкостей на микроповерхностях в условиях боль шого объема. - В кн.;Сб. докладов и сообщений УІ всесоюзной конференции по теплообмену и гидровлическому сопротивлению при движении двухфазного потока в элементах энергетических машин и аппаратов. Секция I, Ленинград, 1978, с. 38 - 40.

Кравец В.Ю. Температурный режим микроповерхностей при кипении на них воды в большом объеме. - В сб.: Тезисы докладов П республиканской научно-технической конференции "Молодые энергетики и электротехники в борьбе за технический прогресс и повышение эффективности производства." Киев, 1979, часть II,с.80-81.

А. с. № 705241 (СССР). Теплообменная поверхность /В.К. Щербаков, В.Ю. Кравец - Опубл. в Б.И., 1979, Ш 47.

Щербаков В.К., Кравец В.Ю. Температурный режим и теплоотдача при кипении на микроповерхностях воды в большом объеме,- В кн.:Тепломассообмен - УІ, т. ІУ, ч. I. Минск, 1980, с. 90-95.

Щербаков В.К., Кравец В.Ю. Температурный режим бескорпусного транзистора при конвективном и испарительном охлаждении жидкими диэлектриками. - Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1981, вып. 3, с. 69 - 77.

Кравец В.Ю., Щербаков В.К. Температурный режим и теплоотдача погруженных в жидкий диэлектрик бескорпусных микрополупроводниковых приборов при их испарительном охлаждении. - В кн.: Воздушное, жидкостное и испарительное охлаждение силовых полупроводниковых приборов и преобразовательных агрегатов на их основе: Тезисы докладов всесоюзного отраслевого научно-технического совещания. Таллин, 1982, с. 87 - 92.

Щербаков В.К., Кравец В.Ю. Исследование теплоотдачи и критических тепловых нагрузок при кипении жидкостей на микроповерхностях в большом объеме. - В сб. : Тезисы докладов всесоюзной конференции "Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации". Рига, 1982, т. I, с. 105 - 106.

Щербаков В.К., Савина В.Н., Кравец В.Ю. Исследование интенсивности теплообмена и температурных режимов шкроповерхностеи и поверхностей с точечными источниками тепла. Отчет НИР. Номера гос. регистрации 78048552, 78048559. Инв. номер 0282. 3. 0І22І6, 1981. - 167 с.

Диссертационная работа состоит из пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений, содержащих дополнительную информацию о проведенном исследовании.

Результаты экспериментальных исследований приведенных в диссертации, внедрены при разработке систем охлаждения высоко-нагруженных микрополупроводниковых приборов и поверхностей нагрева специальных приборов (предприятие п/я А - 1067).

Примечание.

Экспериментальные исследования выполнены с доц. Щербаковым В.К., ст. н.с. к.т.н. Савиной В.Н. и студентом Клименко Н.М. Вклад автора диссертации в совместные работы оценен на заседании кафедры парогенераторостроения и инженерной теплофизики и оформлен протоколом заседания кафедры.

Проблемы охлаждения миниатюрных полупроводниковых приборов

Одним из ведущих направлений развития радиоэлектроники является миниатюризация и повышение выделяемой мощности полупроводниковых приборов. Цель миниатюризации - создание аппаратуры, которая при минимальных габаритах и массе обеспечивала бы заданные эксплуатационные характеристики. Одним из показателей уровня миниатюризации является плотность упаковки. Она характеризуется отношением числа элементов, содержащихся в узле, и занимаемому им объему [i] . Так при сборке узлов из дискретных электрорадиоэлементов плотность упаковки не превышает 2 эл/см3 . При использовании микромодулей она достигает 20 эл/см3. Появление интегральных микросхем позволило получить в тысячи раз большую плотность упаковки, превышающую 10000 эл/см3. Такая насыщенность элементов в микросхемах приводит к увеличению удельных мощностей рассеяния. Особенно это проявляется в микросхемах с повышенным уровнем интеграции, в которых количество элементов достигает 10 на кубический сантиметр.

Наряду с интегральными микросхемами создаются новые полупроводниковые приборы, которые при малых геометрических размерах выделяют значительные мощности рассеяния. Удельные нагрузки в этом случае могут достигать значений, превышающих предельно допустимые для таких устройств. При этом в полупроводниковом приборе возникают локальные источники тепла, которые создают неизотермичность в самой структуре кристалла.

Наиболее подверженным температурному воздействию в данном случае оказываются области р - п переходов, электрические параметры которых зависят от их температурного состояния [2, ЗІ . Так при повышении температуры р - п перехода tp-n на ЮС обратный ток коллектора увеличивается в два раза, что приводит к температурной нестабильности транзисторов. Коэффициент усиления по току и ёмкость перехода с ростом температуры повышается, в результате чего создаются условия неустойчивой работы приборов. С повышением температуры падает предельная частота усиления транзистора (Ч] . Это свидетельствует о том, насколько важно поддерживать стабильный температурный режим работы твердотельных элементов схем, узлов и блоков РЭА.

В связи с этим необходимо выбрать такую систему охлаждения, при которой температура прибора поддерживалась бы в заданных пределах. Однако выбор оптимальной системы охлаждения зависит от того, какие удельные тепловые нагрузки выделяются на кристалле прибора.

Существующие методы отвода теплоты в основном связаны с размещением транзисторов или микросхем на теплоотводящих шинах-радиаторах. Сброс теплоты с радиаторов в дальнейшем осуществляется либо путем естественной конвекции, либо принудительной вентиляцией. Такой способ охлаждения приемлем только для приборов, на которых удельные тепловые нагрузки не превышают 1000 Ът/-игЩ

Изыскание путей и методов отвода больших удельных тепловых нагрузок привело к развитию нового направления, связанного с охлаждением радиоэлектронной аппаратуры путем погружения её элементов в жидкие диэлектрики [5]. а качестве таких диэлектриков применяют фторорганические жидкости. Они нашли широкое применение в области охлаждения радиотехнических устройств благодаря своим положительным качествам, к числу которых можно отнести то, что жидкости не горючи, не вступают во взаимодействие с металлами и изоляционными материалами, могут работать длительное время, не меняя своих теплофизических свойств, которые лучше, чем у трансформаторного масла, других углеводородных соединений и кремнийорганических жидкостей. Они сохраняют свои свойства даже после многократных электрических пробоев [5] .

Применение таких жидкостей для охлаждения корпусов полупроводниковых приборов позволяет с несколько снизить температуру р - п перехода кристаллов [б] . Однако температура tp-n в основном зависит от термического сопротивления перехода г корпус RnK , которое для малогабаритных и бескорпусных транзисторов составляет 15... 2000 град/Вт [7] . Поэтому даже создавая на корпусе прибора идеальные условия для термостабилизации, не всегда удаётся добиться его надёжной работы. Если же поместить в жидкий диэлектрик сам кристалл полупроводникового прибора, а не его корпус, то это позволит существенно снизить термическое сопротивление Rnx » а следовательно, и tp-n

Одним из наиболее эффективных методов охлаждения в настоящее время является пузырьковое кипение. Преимущества охлаждения при пузырьковом кипении по сравнению с другими видами тепло-отвода, показаны в таблице I.I. Таким образом, если создать условия для возникновения пузырькового кипения фторорганическо-го жидкого диэлектрика на кристалле полупроводникового прибора, то можно обеспечить стабильную работу устройства в заданном диапазоне температур при повышенных мощностях рассеяния. Однако которая ограничена максимально допустимой температурой кристалла прибора, когда он ещё сохраняет свою работоспособность.

Пульсации температуры микроповерхности при кипении жидкостей

В зоне действия центра парообразования поверхность подвергается температурным колебаниям, обусловленным интенсивным испарением микрослоя у основания растущего парового пузыря [50...5SJ. Амплитуда температурных колебании зависит от целого ряда факторов, в частности, от свойств и параметров охлаждающей жидкости, наличия растворенных в ней газов [67, 74],от материала и размеров поверхности нагрева. При этом значения величины пульсаций температуры поверхности лежат в широком диапазоне: от 2...3 К при кипении на алюминиевой поверхности [бз] до 55 К при кипении на платиновой проволочке диаметром 0,15.Ю-Зм [67] .

Количество центров парообразования зависит от площади теп-лообменной поверхности. В [81] получена максимальная плотность центров парообразования П = 1,76.10 м при кипении никелировочного электролита на никелевом нагревателе. Формулы для определения данного параметра получены в [80] :

Расчет по этим формулам для исследуемых в работе микроповерхностях дал представление о наличии центров парообразования при кипении жидкостей. Так, для воды приДТ= 10 К на микроповерхностях диаметром 0,4...5,0.10 "3м, согласно зависимостям (3.1) и (3.2), возможно существование только одного центра парообразования. При возрос-танииДІ расчет показывает увеличение количества центров парообразования. Согласно (3.1) для UMn= 5.10 3м и дТ = 30 К на теп-лообменной поверхности могут возникать до семи паровых пузырей, а для иип= 0,5.Ю"3м при этом перепаде температур должен существовать только один центр парообразования.

Проведенные в работе исследования показали, что количество центров парообразования, возникающих при кипении жидкостей на микроповерхностях, можно рассчитать по формулам (3.1) и (3.2) только в узком диапазоне подводимых тепловых нагрузок. Диапазон ДТ , в котором на микроповерхности существует один центр парообразования, даже для Ымп = 0,5.10""3м составлял несколько градусов. Это связано с тем, что активация первого центра парообразования на микроповерхности таких размеров происходила, в некоторых случаях, при ДТ превышающем 20 К. При этом удельные тепловые нагрузки были настолько велики, что переход на новый режим сопровождался появлением следующего центра парообразования, хотя для такого режима по формулам (3.1) и (3.2) должен существовать только один центр парообразования.

Активация центров парообразования связана как с наличием перегрева поверхности относительно Ts , так и с поверхностными условиями. Это прежде всего условия смачивания жидкостью поверхность нагрева, характеризуемые краевым углом смачивания О Также уровнем шероховатости поверхности теплообмена, что определяет наличие на ней распределения углублений и впадин как потенциальных центров парообразования. Условия омывания микроповерхностей жидкостью, характеризуемые наведенной конвекцией, также накладывают свой отпечаток на активацию центров парообразования, что подтверждается приведенными в работе исследованиями.

Таким образом поверхностные условия и наведенная конкекция вносят свои коррективы при определении количества центров парообразования на микроповерхностях. А поскольку формулы (3.1) и (3.2) не учитывают влияние смачиваемости, шероховатости и наведенной конвекции, то рассчитать по ним количество центров парообразования на исследуемых микроповерхностях в широком диапазоне нагрузок не представляется возможным.

Влияние взаимного расположения микроповерхностей на критические тепловые потоки при кипении

В предыдущей главе показано, что с уменьшением размеров микроповерхностей повышаются значения критических тепловых потоков при кипении.Это связано с целым рядом факторов, рассмотренных ранее, в число которых входит беспрепятственная эвакуация паровых пузырей с поверхности и отсутствие акустического и гидродинамического взаимодействия с центрами парообразования, расположенными на некотором расстоянии от микроповерхности. При размещении на определенном расстоянии двух и более микроповерхностеи на несущей стенке, процесс парообразования на одной из них будет зависеть от условий теплообмена на другой [53] . Для выяснения этого взаимного влияния были созданы теплообменные поверхности с дискретным расположением высокотеплопроводных участков, разделенных между собой низкотеплопроводным материалом (рис. 5.1). Такое расположение микроповерхностей и участков, практически не имеющих тепловой нагрузки, создает на поверхности дискретно- неизотермическое температурное поле с большими градиентами температур на границах теплоотдающих участков. Каждая из отдельных микроповерхностей I (рис. 5.1) выполнена аналогично опытному элементу, представленному на рис. 2.2. Снизу на медный стержень наматывался нихромовый нагреватель, с помощью которого тепловой поток подавался вверх вдоль оси стержня к его торцу.

Похожие диссертации на Теплообмен при кипении жидкостей на микроповерхностях в большом объеме применительно к охлаждению элементов радиоэлектронной аппаратуры