Теплосъём и термостабилизация высокотемпературных поверхностей диспергированным потоком теплоносителя

Валентин [Valentin] Сергеевич [S.] Штелинг [Shteling]; Владимир [Vladimir] Владимирович [V.] Ильин [Ilyin]; Александр [Aleksandr] Тимофеевич [T.] Комов [Komov]; Пётр [Petr] Петрович [P.] Щербаков [Shcherbakov]

doi:10.24160/1993-6982-2021-5-19-26

Валентин [Valentin] Сергеевич [S.] Штелинг [Shteling]
Владимир [Vladimir] Владимирович [V.] Ильин [Ilyin]
Александр [Aleksandr] Тимофеевич [T.] Комов [Komov]
Пётр [Petr] Петрович [P.] Щербаков [Shcherbakov]

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2021-5-19-26

Ключевые слова: диспергированный поток, охлаждение диспергированным потоком, термостаблизация, форсунка, энергонагруженная поверхность

Аннотация

На стенде, моделирующем энергонагруженные элементы термоядерных установок, проведено экспериментальное исследование эффективности термостаблизации поверхности диспергированным потоком теплоносителя. Выполнены разработка, изготовление и монтаж рабочего участка, позволяющего получать максимальную плотность теплового потока при высокочастотном нагреве. Нагрев осуществлялся при помощи ВЧ-генератора ВЧ-60АВ с частотой не менее 30кГц. В качестве диспергирующего устройства выступала гидравлическая форсунка с коническим вкладышем. Созданы методики проведения эксперимента для исследования стационарного режима теплообмена, а также расчёта теплофизических величин. Экспериментальные данные получены в режиме стационарного теплообмена при следующем диапазоне режимных параметров теплоносителя: давление воды — 0,38 МПа, массовый расход воды — 5,35 мл/c; мощность индукционного нагрева — 6…19 кВт. По полученным данным рассчитаны плотности отводимого теплового потока и коэффициентов теплоотдачи для каждого стационарного режима теплообмена. Установлены зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности отводимого теплового потока и температурного напора, а также зависимость плотности отводимого теплового потока от температурного напора. В экспериментах достигнуты высокие значения коэффициентов теплоотдачи и плотности теплового потока при относительно небольшом расходе теплоносителя.

Сведения об авторах

Валентин [Valentin] Сергеевич [S.] Штелинг [Shteling]

студент второго курса магистратуры Института тепловой и атомной энергетики НИУ «МЭИ», e-mail: ShtelingVS@mpei.ru

Владимир [Vladimir] Владимирович [V.] Ильин [Ilyin]

аспирант кафедры общей физики и ядерного синтеза НИУ «МЭИ», e-mail: IlinVlV@mpei.ru

Александр [Aleksandr] Тимофеевич [T.] Комов [Komov]

доктор технических наук, профессор кафедры общей физики и ядерного синтеза НИУ «МЭИ», e-mail: KomovAT@mpei.ru

Пётр [Petr] Петрович [P.] Щербаков [Shcherbakov]

кандидат технических наук, доцент кафедры общей физики и ядерного синтеза НИУ «МЭИ», e-mail: ShcherbakovPP@mpei.ru

Литература

1. Mudawar I. Assessment of High Heat-flux Thermal Management Schemes // IEEE Trans. Compon. Packag. Technol. 2001. V. 24. Pp. 122—141.
2. Kim J. Spray Cooling Heat Transfer: the State of the Art // Intern. J. Heat Fluid Flow 2007. V. 28. Pp. 753—767.
3. Wen-Long Cheng, Wei-Wei Zhang, Hua Chen, Lei Hu. Spray Cooling and Flash Evaporation Cooling: the Current Development and Application // Renewable and Sustainable Energy Rev. 2016. V. 55. Pp. 614—628.
4. Youssef M.R. Modeling the Effect of a Spray on a Liquid Film on a Heated Surface. Morgantown: West Virginia University, 2007.
5. Zhao, R., Cheng, W., Liu, Q., Fan, H. Study on Heat Transfer Performance of Spray Cooling, Model and Analysis // Heat Mass Transfer. 2010. V. 46. Pp. 821—829.
6. Kazachkov I.V. Heat Transfer and Dynamics of the Droplet on a Superheated Surface // Heat Mass Transfer. 2012. Iss. 2. V. 7. Pp. 47—57.
7. Liang G., Mudawar I. Review of Spray Cooling. Pt. 1: Single-phase and Nucleate Boiling Regimes, and Critical Heat Flux // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2017. V. 115. Pp. 1174—1205.
8. Komov A.T., Sherbakov P.P., Ilyin V.V., Smorchkova Yu.V., Shteling V.S. Development of the Experimental Stand for Research Heat Removal with a High Power Density by a Dispersed Heat Carrier Flow // J. Physics: Conf. Series. 2019. V. 1370. No. 1. P. 012004.
9. Машиностроение. Энциклопедия. Т. II-3. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. М.: Машиностроение, 2013.
10. Дитякин Ю.Ф., Клячко Л.А. Распыление жидкостей. М.: Машиностроение, 1977.
11. Smorchkova Yu.V. e. a. Investigation of the Cooling of a High-temperature Surface by a Dispersed Coolant Flow // J. Physics: Conf. Series. 2020. V. 1675. No. 1. P. 012035.
---
Для цитирования: Штелинг В.С., Ильин В.В., Комов А.Т., Щербаков П.П. Исследование теплообмена при орошении диспергированным потоком нагретой поверхности // Вестник МЭИ. 2021. № 5. С. 19—26. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-5-19-26.
#
1. Mudawar I. Assessment of High Heat-flux Thermal Management Schemes. IEEE Trans. Compon. Packag. Technol. 2001;24:122—141.
2. Kim J. Spray Cooling Heat Transfer: the State of the Art. Intern. J. Heat Fluid Flow 2007;28:753—767.
3. Wen-Long Cheng, Wei-Wei Zhang, Hua Chen, Lei Hu. Spray Cooling and Flash Evaporation Cooling: the Current Development and Application. Renewable and Sustainable Energy Rev. 2016;55:614—628.
4. Youssef M.R. Modeling the Effect of a Spray on a Liquid Film on a Heated Surface. Morgantown: West Virginia University, 2007.
5. Zhao, R., Cheng, W., Liu, Q., Fan, H. Study on Heat Transfer Performance of Spray Cooling, Model and Analysis. Heat Mass Transfer. 2010;46:821—829.
6. Kazachkov I.V. Heat Transfer and Dynamics of the Droplet on a Superheated Surface. Heat Mass Transfer. 2012;2;7:47—57.
7. Liang G., Mudawar I. Review of Spray Cooling. Pt. 1: Single-phase and Nucleate Boiling Regimes, and Critical Heat Flux. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2017;115:1174—1205.
8. Komov A.T., Sherbakov P.P., Ilyin V.V., Smorchkova Yu.V., Shteling V.S. Development of the Experimental Stand for Research Heat Removal with a High Power Density by a Dispersed Heat Carrier Flow. J. Physics: Conf. Series. 2019;1370.1:012004.
9. Mashinostroenie. Entsiklopediya. T. II-3. Tsvetnye Metally i Splavy. Kompozitsionnye Metallicheskie Materialy. M.: Mashinostroenie, 2013 (in Russian).
10. Dityakin Yu.F., Klyachko L.A. Raspylenie Zhidkostey. M.: Mashinostroenie, 1977. (in Russian).
11. Smorchkova Yu.V. e. a. Investigation of the Cooling of a High-temperature Surface by a Dispersed Coolant Flow. J. Physics: Conf. Series. 2020;1675;1:012035.
---
For citation: Shteling V.S., Ilyin V.V., Komov A.T., Shcherbakov P.P. A Study of Heat Transfer for a Heated Surface Sprayed with Dispersed Coolant Flow. Bulletin of MPEI. 2021;5:19—26. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-5-19-26.