Покращення теплопередавальних характеристик мініатюрних двофазних термосифонів з нанорідинами на базі українських природних алюмосилікатів

Автор(и)

  • Володимир Юрійович Кравець Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна https://orcid.org/0000-0002-8891-0812
  • Дмитро Ігорович Гуров Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна https://orcid.org/0000-0003-4411-4889
  • Василь Нисторович Морару Інститут газу Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-8174-8031

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.286320

Ключові слова:

мініатюрний термосифон, нанорідини, концентрація, коефіцієнт заповнення, тепловий потік, термічний опір

Анотація

З метою підвищення теплопередавальних  характеристик мініатюрних термосифонів проведено дослідження процесів передачі теплоти ними при використанні води і нанорідин як теплоносіїв. В якості нанорідин застосовувалися водна суміш на базі наночастинок українського природного алюмосилікату – атапульгіту з додаванням 0,1 % вуглецевих нанотрубок. Приводяться дані дослідження максимального теплового потоку і мінімального термічного опору мідних термосифонів, з внутрішнім діаметром 5 мм, довжиною 700 мм. Орієнтація термосифонів у просторі: вертикальна. Довжина зони нагріву змінювалася від 50 мм до 200 мм, при однакової кількості теплоносія. Коефіцієнт заповнення змінювався від 0.44 до 1,93.

Проводилося порівняння теплопередавальних здібностей термосифонів з водою та з нанорідиною із масовою концентрацією 0,5 %. Показано, що термосифони з нанорідиною передають на 53 % більший тепловий потік у порівнянні з водою, а термічні опори знижуються на 25 %.

Показано вплив концентрації наночастинок на теплопередавальні характеристики термосифонів. Нанорідини з концентраціями (0,1 %; 0,5 %; 0,7 %) показали однаковий рівень термічних опорів, при підвищенні максимальних теплових потоків у порівнянні із дистильованою водою. Так, при порівнянні з найменшою концентрацією (0,1 %), використання 0,5 % нанорідини дає перевагу до 40 %, а 0.7 % – перевагу до 51 %. Це пояснюється виникненням специфічної пористої структури з анизометричних наночастинок на поверхні нагріву, яка сприяє появі додаткових центрів пароутворення при кипінні і підвищенні теплопередавальних характеристик термосифонів.

Таким чином, застосування таких термосифонів з нанорідинами при охолодженні елементів електронної техніки може підвищити їх функціональні характеристики

Біографії авторів

Володимир Юрійович Кравець, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра атомної енергетики

Дмитро Ігорович Гуров, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант

Кафедра атомної енергетики

Василь Нисторович Морару, Інститут газу Національної академії наук України

Кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник

Відділ термохімічних процесів і нанотехнологій

Посилання

  1. Singh, A., Dubey, S., Dubey, H. (2019) Nanotechnology: the future engineering. International Journal of Advance and Innovative Research, 6 (2), 229–233. Available at: https://www.researchgate.net/publication/333448927
  2. Zhang, Y., Zhou, Y. (2022). The recent progress of nanofluids and the state-of-art thermal devices. Highlights in Science, Engineering and Technology, 13, 82–89. doi: https://doi.org/10.54097/hset.v13i.1335
  3. Yang, L., Xu, J., Du, K., Zhang, X. (2017). Recent developments on viscosity and thermal conductivity of nanofluids. Powder Technology, 317, 348–369. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2017.04.061
  4. Vanaki, Sh. M., Ganesan, P., Mohammed, H. A. (2016). Numerical study of convective heat transfer of nanofluids: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 54, 1212–1239. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.042
  5. Akilu, S., Sharma, K. V., Baheta, A. T., Mamat, R. (2016). A review of thermophysical properties of water based composite nanofluids. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 66, 654–678. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.08.036
  6. Xu, Y., Xue, Y., Qi, H., Cai, W. (2021). An updated review on working fluids, operation mechanisms, and applications of pulsating heat pipes. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 144, 110995. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110995
  7. Kim, T. I., Chang, W. J., Chang, S. H. (2011). Flow boiling CHF enhancement using Al2O3 nanofluid and an Al2O3 nanoparticle deposited tube. International Journal of Heat and Mass Transfer, 54 (9-10), 2021–2025. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.12.029
  8. Sözen, A., Menlik, T., Gürü, M., Boran, K., Kılıç, F., Aktaş, M., Çakır, M. T. (2016). A comparative investigation on the effect of fly-ash and alumina nanofluids on the thermal performance of two-phase closed thermo-syphon heat pipes. Applied Thermal Engineering, 96, 330–337. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.11.038
  9. Bondarenko, B. I., Moraru, V. N., Sydorenko, S. V., Komysh, D. V., Khovavko, A. I. (2016). Nanostructured Architectures on the Heater Surface at Nanofluids Boiling and Their Role in the Intensification of Heat Transfer. Nanoscience and Nanoengineering, 4 (1), 12–21. doi: https://doi.org/10.13189/nn.2016.040102
  10. Moraru, V. N. (2017). The Mechanism of Raising And Quantification of Specific Heat Flux at Boiling of Nanofluids in Free Convection Conditions. Energotekhnologii i resursosberezhenie, 3, 25–34. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/ETRS_2017_3_5
  11. Liu, Z. H., Yang, X. F., Guo, G. L. (2007). Effect of nanoparticles in nanofluid on thermal performance in a miniature thermosyphon. Journal of Applied Physics, 102 (1). doi: https://doi.org/10.1063/1.2748348
  12. Paramatthanuwat, T., Boothaisong, S., Rittidech, S., Booddachan, K. (2009). Heat transfer characteristics of a two-phase closed thermosyphon using de ionized water mixed with silver nano. Heat and Mass Transfer, 46 (3), 281–285. doi: https://doi.org/10.1007/s00231-009-0565-y
  13. Huminic, G., Huminic, A., Morjan, I., Dumitrache, F. (2011). Experimental study of the thermal performance of thermosyphon heat pipe using iron oxide nanoparticles. International Journal of Heat and Mass Transfer, 54 (1–3), 656–661. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.09.005
  14. Huminic, G., Huminic, A. (2011). Heat transfer characteristics of a two-phase closed thermosyphons using nanofluids. Experimental Thermal and Fluid Science, 35 (3), 550–557. doi: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2010.12.009
  15. Xue, H. S., Fan, J. R., Hu, Y. C., Hong, R. H., Cen, K. F. (2006). The interface effect of carbon nanotube suspension on the thermal performance of a two-phase closed thermosyphon. Journal of Applied Physics, 100 (10). doi: https://doi.org/10.1063/1.2357705
  16. Khandekar, S., Joshi, Y. M., Mehta, B. (2008). Thermal performance of closed two-phase thermosyphon using nanofluids. International Journal of Thermal Sciences, 47 (6), 659–667. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2007.06.005
  17. Moraru, V. N., Komysh, D. V., Khovavko, A. I., Snigur, A. V., Gudkov, N. N., Sidorenko, N. A., Marinin, A. I. (2015). Nanofluids on the Basis of Ukrainian Natural Aluminosilicates are Promising Heat-Carriers for Power Engineering. Energotekhnologii i resursosberezhenie, 1, 22–32. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127461
  18. Khazaee, I., Hosseini, R., Noie, S. H. (2010). Experimental investigation of effective parameters and correlation of geyser boiling in a two-phase closed thermosyphon. Applied Thermal Engineering, 30 (5), 406–412. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2009.09.012
  19. Kravets, V. Yu. (2018). Protsesy teploobminu u miniatiurnykh vyparno-kondensatsiinykh systemakh okholodzhennia. Kharkiv: FOP Brovin O. V., 288.
  20. Kravets, V., Konshin, V., Hurov, D., Vorobiov, M., Shevel, I. (2022). Determining the influence of geometric factors and the type of heat carrier on the thermal resistance of miniature two-phase thermosyphons. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (118)), 51–59. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263180
  21. Tolubinskii, V. I. (1980). Teploobmen pri kipenii. Kyiv: Naukova dumka, 316.
  22. Pekur, D. V., Nikolaenko, Yu. E., Sorokin, V. M. (2020). Optimization of the cooling system design for a compact high-power LED luminaire. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics, 23 (1), 91–101. doi: https://doi.org/10.15407/spqeo23.01.091
  23. Kamyar, A., Ong, K. S., Saidur, R. (2013). Effects of nanofluids on heat transfer characteristics of a two-phase closed thermosyphon. International Journal of Heat and Mass Transfer, 65, 610–618. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.06.046
Покращення теплопередавальних характеристик мініатюрних двофазних термосифонів з нанорідинами на базі українських природних алюмосилікатів

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-08-31

Як цитувати

Кравець, В. Ю., Гуров, Д. І., & Морару, В. Н. (2023). Покращення теплопередавальних характеристик мініатюрних двофазних термосифонів з нанорідинами на базі українських природних алюмосилікатів . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(5 (124), 25–33. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.286320

Номер

Том 4 № 5 (124) (2023): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Vlаdіmіr Kravets, Dmytro Hurov, Vasily Moraru

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.