RU2517795C1 - Method to form nanorelief on heat exchange surface of items - Google Patents
Method to form nanorelief on heat exchange surface of items Download PDFInfo
- Publication number
- RU2517795C1 RU2517795C1 RU2012157634/28A RU2012157634A RU2517795C1 RU 2517795 C1 RU2517795 C1 RU 2517795C1 RU 2012157634/28 A RU2012157634/28 A RU 2012157634/28A RU 2012157634 A RU2012157634 A RU 2012157634A RU 2517795 C1 RU2517795 C1 RU 2517795C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanoparticles
- boiling
- product
- heat exchange
- nanorelief
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 10
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- AJDIZQLSFPQPEY-UHFFFAOYSA-N 1,1,2-Trichlorotrifluoroethane Chemical compound FC(F)(Cl)C(F)(Cl)Cl AJDIZQLSFPQPEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплообмена, в частности к теплообменным поверхностям, интенсифицирующим теплоотдачу при пленочном и переходном режимах кипения жидкостей. Оно может быть использовано при захолаживании и эксплуатации теплообменных устройств, используемых в криогенной технике, криомедицине, ракетной технике при транспортировке ожиженных газов, элементах высокотемпературных сверхпроводящих устройств.The invention relates to the field of heat transfer, in particular to heat transfer surfaces, intensifying heat transfer during film and transient boiling of liquids. It can be used for cooling and operating heat exchangers used in cryogenic technology, cryomedicine, rocket technology for transporting liquefied gases, and elements of high-temperature superconducting devices.
Известен способ интенсификации теплообмена при кипении жидкости, например фреона-113, путем нанесения на теплоотдающую поверхность малотеплопроводного покрытия (А.С. №1335123, 18.05.1972 г. Способ интенсификации теплообмена). С целью повышения теплового потока, отводимого с поверхности нагрева, предложен способ, согласно которому малотеплопроводную пленку наносят на оребренную поверхность, например, путем напыления тонким слоем, непроницаемым для жидкости, и осуществляют неизотермический нагрев оребренной поверхности с температурой в основании ребра, превышающей первую критическую для увеличения доли поверхности, занятой переходным кипением. Этот способ недостаточно эффективный, так как поверхность изделия гладкая, а покрытие сплошное.There is a method of intensifying heat transfer during boiling of a liquid, for example Freon-113, by applying a low-heat-conducting coating to the heat-transfer surface (AS No. 1335123, 05/18/1972, Method of intensifying heat transfer). In order to increase the heat flux removed from the heating surface, a method is proposed according to which a low-conductive film is applied to a fin surface, for example, by spraying with a thin layer impermeable to liquid, and non-isothermal heating of the fin surface with a temperature at the base of the fin exceeding the first critical temperature increasing the proportion of the surface occupied by transitional boiling. This method is not effective enough, since the surface of the product is smooth and the coating is continuous.
Известен способ формирования нанорельефа на теплообменной поверхности изделия (патент РФ№ 2433949, опубл.20.11.2011 г.) путем осуществления кипения наножидкости. Согласно этому способу выбирают материал наночастиц с температурой плавления, равной 0,8-0,9 от температуры плавления изделия, получают при кипении наножидкости сплошной слой наночастиц на поверхности изделий с минимальным термическим сопротивлением, выдерживают изделие вместе со слоем наночастиц на нем в инертной атмосфере при температуре 0,7-0,8 от температуры плавления наночастиц в течение 30 мин. Этот способ недостаточно эффективный, так как поверхность изделия гладкая и коэффициент теплопроводности наночастиц такой же или больший, чем у основного материала.A known method of forming a nanorelief on a heat-transfer surface of an article (RF patent No. 2433949, published on November 20, 2011) by boiling a nanofluid. According to this method, a nanoparticle material with a melting point equal to 0.8-0.9 of the melting point of the product is selected, a continuous layer of nanoparticles on the surface of the products with minimal thermal resistance is obtained when the nanofluid is boiled, the product is held together with the nanoparticle layer on it in an inert atmosphere at a temperature of 0.7-0.8 of the melting temperature of the nanoparticles for 30 minutes This method is not effective enough, since the surface of the product is smooth and the thermal conductivity of the nanoparticles is the same or greater than that of the base material.
Технической задачей изобретения является повышение теплоотдачи при пленочном и переходном кипении. Технический эффект при решении технической задачи заключается в создании холодных пятен и однородного рельефа поверхности. Поставленная задача решается тем, что в известном способе способе формирования нанорельефа на теплообменной поверхности изделий путем осуществления на ней кипения наножидкости, в которой материал наночастиц выбирают с температурой плавления, равной 0,8-0,9 от температуры плавления изделия, получают при кипении наножидкости сплошной слой наночастиц на поверхности, выдерживают изделие вместе со слоем наночастиц на нем в инертной атмосфере при температуре 0,7-0,8 от температуры плавления наночастиц в течение 30 мин согласно изобретению материал наночастиц выбирают с коэффициентом теплопроводности не менее, чем на два порядка меньшим, чем у основного материала, поверхность выполняют с макрорельефом, например, в виде облунения с соотношением глубины лунки h к ее диаметру d, равным 0,1-0,5, слой наночастиц между лунками удаляют, например, механическим путем. Достигаемая цель проиллюстрирована графиком, на котором показаны результаты экспериментального исследования теплообмена при пленочном и переходном кипении азота при охлаждении нагретой сферы.An object of the invention is to increase heat transfer during film and transition boiling. The technical effect in solving the technical problem is to create cold spots and a uniform surface topography. The problem is solved in that in the known method, the formation of nanorelief on the heat exchange surface of the product by performing on it the boiling of a nanofluid, in which the material of the nanoparticles is selected with a melting temperature equal to 0.8-0.9 of the melting point of the product, obtained by boiling a continuous nanofluid a layer of nanoparticles on the surface, withstand the product together with a layer of nanoparticles on it in an inert atmosphere at a temperature of 0.7-0.8 of the melting temperature of the nanoparticles for 30 minutes according to the invention al nanoparticles are chosen with a thermal conductivity coefficient not less than two orders of magnitude lower than that of the base material, the surface is made with a macrorelief, for example, in the form of a rounding with a ratio of the depth of the hole h to its diameter d equal to 0.1-0.5, layer nanoparticles between the wells are removed, for example, mechanically. The achieved goal is illustrated by a graph showing the results of an experimental study of heat transfer during film and transition boiling of nitrogen during cooling of a heated sphere.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что с помощью покрытия поверхности лунок наночастицами создаются холодные пятна на поверхности, что приводит к более раннему прекращению пленочного кипения и возникновению переходного режима кипения и интенсификации теплообмена.The essence of the invention lies in the fact that by coating the surface of the wells with nanoparticles, cold spots are created on the surface, which leads to an earlier termination of film boiling and the emergence of a transient boiling mode and intensification of heat transfer.
На рисунке показаны полученные кривые охлаждения медных сфер в жидком азоте при атмосферном давлении.The figure shows the obtained cooling curves of copper spheres in liquid nitrogen at atmospheric pressure.
1 - гладкая сфера, большой объем;1 - smooth sphere, large volume;
2 - гладкая сфера, естественная циркуляция;2 - smooth sphere, natural circulation;
3 - сфера с лунками, большой объем;3 - a sphere with holes, a large volume;
4 - сфера с лунками, естественная циркуляция;4 - sphere with holes, natural circulation;
5 - сфера с лунками и малотеплопроводным покрытием, большой объем;5 - sphere with holes and low heat-conductive coating, a large volume;
6 - сфера с лунками и малотеплопроводным покрытием, естественная циркуляция.6 - sphere with holes and low heat-conductive coating, natural circulation.
Как показывают полученные данные, время захолаживания изделий уменьшается в 2,5 раза.As the data show, the cooling time of products decreases by 2.5 times.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012157634/28A RU2517795C1 (en) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | Method to form nanorelief on heat exchange surface of items |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012157634/28A RU2517795C1 (en) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | Method to form nanorelief on heat exchange surface of items |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2517795C1 true RU2517795C1 (en) | 2014-05-27 |
Family
ID=50779681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012157634/28A RU2517795C1 (en) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | Method to form nanorelief on heat exchange surface of items |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2517795C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2204179C1 (en) * | 2002-08-19 | 2003-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Агентство маркетинга научных разработок" | Method for shaping nanotopography on film surface |
| RU2371380C1 (en) * | 2008-07-01 | 2009-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева | Method of formation of nanodimentional superficial coatings |
| US20100003421A1 (en) * | 2006-07-27 | 2010-01-07 | Commissariat A L'energie Atomique | Method of fabricating a nanostructure on a pre-etched substrate |
| RU2433949C1 (en) * | 2010-06-25 | 2011-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО"МЭИ(ТУ)") | Method to form nanorelief on heat-exchange surfaces of products |
-
2012
- 2012-12-27 RU RU2012157634/28A patent/RU2517795C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2204179C1 (en) * | 2002-08-19 | 2003-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Агентство маркетинга научных разработок" | Method for shaping nanotopography on film surface |
| US20100003421A1 (en) * | 2006-07-27 | 2010-01-07 | Commissariat A L'energie Atomique | Method of fabricating a nanostructure on a pre-etched substrate |
| RU2371380C1 (en) * | 2008-07-01 | 2009-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева | Method of formation of nanodimentional superficial coatings |
| RU2433949C1 (en) * | 2010-06-25 | 2011-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО"МЭИ(ТУ)") | Method to form nanorelief on heat-exchange surfaces of products |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Damoulakis et al. | Wick-free paradigm for high-performance vapor-chamber heat spreaders | |
| Mao et al. | Pool boiling performance and bubble dynamics on graphene oxide nanocoating surface | |
| Qu et al. | Experimental study of pool boiling heat transfer on horizontal metallic foam surface with crossing and single-directional V-shaped groove in saturated water | |
| Zhang et al. | 3D heterogeneous wetting microchannel surfaces for boiling heat transfer enhancement | |
| Nasersharifi et al. | Pool-boiling enhancement using multilevel modulated wick | |
| Sarafraz et al. | Nucleate pool boiling heat transfer characteristics of dilute Al2O3–ethyleneglycol nanofluids | |
| Siva et al. | Effect of flow maldistribution on the thermal performance of parallel microchannel cooling systems | |
| Jun et al. | Pool boiling heat transfer enhancement of water using brazed copper microporous coatings | |
| Kim et al. | A free-particles-based technique for boiling heat transfer enhancement in a wetting liquid | |
| Li et al. | Investigation on heat transfer characteristics of R134a spray cooling | |
| US20170372821A1 (en) | Magnetocaloric cascade and method for fabricating a magnetocaloric cascade | |
| Souza et al. | Influence of nanoparticle size and gap size on nucleate boiling using HFE7100 | |
| Gukeh et al. | Low-profile heat pipe consisting of wick-lined and non-adiabatic wickless wettability-patterned surfaces | |
| Li et al. | Self-driven electronic cooling based on thermosyphon effect of room temperature liquid metal | |
| Ting et al. | Viscous dissipative nanofluid convection in asymmetrically heated porous microchannels with solid-phase heat generation | |
| Qian et al. | Performance of a gas cooled molten salt heat exchanger | |
| Fukiba et al. | Heat transfer enhancement in pool boiling of liquid nitrogen using a low thermal conductive layer with openings | |
| Tamvada et al. | Data center energy efficiency enhancement potential of a membrane-assisted phase-change heat sink | |
| Shirai et al. | Boiling heat transfer from a horizontal flat plate in a pool of liquid hydrogen | |
| RU2517795C1 (en) | Method to form nanorelief on heat exchange surface of items | |
| Pavlenko et al. | Heat transfer enhancement during pool boiling of nitrogen on porous coatings produced by selective laser melting/sintering (SLM/SLS) | |
| Balakin et al. | Heat transfer from Ni–W tapes in liquid nitrogen at different orientations in the field of gravity | |
| Mingxiang et al. | Microchannel cooling technique for dissipating high heat flux on W/Cu flat-type mock-up for EAST divertor | |
| Zhang et al. | Experimental investigation and visualization of steam condensation heat transfer on horizontal conical surfaces with microgrooves | |
| Naphon et al. | Effect of sintering columns on the heat transfer and flow characteristics of the liquid cooling vapor chambers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171228 |