Нанесение покрытий из природных материалов в энергоустановках напылением

А. А. Генбач; Д. Ю. Бондарцев; А. Я. Шелгинский

doi:10.71759/ba8r-rs66

Нанесение покрытий из природных материалов в энергоустановках напылением

А. А. Генбач, Д. Ю. Бондарцев, А. Я. Шелгинский

Аннотация

Исследованы покрытия для охлаждения теплонапряженных материалов (гранит, кварцит, тешенит). Представлена методика проектирования капиллярно-пористых систем в зависимости от вида и циркуляции теплоносителя, конструкции и типа системы, вида используемой энергии и ориентации системы. Для изготовления покрытий нанесением порошка используется сверхзвуковой детонационный высокотемпературный пульсирующий многофазный газовый факел. Исследования термоинструмента проводились на экспериментальном стенде с использованием вытеснительной схемы питания и охлаждения. Измерялись тепловые потоки, расходы, давления, температуры керосина и кислорода, внутрикамерное давление. Структура струи, истекающей из сопла термоинструмента, отражала явление спиновой детонации. Коэффициент расхода окислителя менее единицы. Окислитель подводился на покрытие. В результате процесс напыления интенсифицировался от 1,5 до 6 раз за счет увеличения тепловой нагрузки, а температура покрытия не достигала плавления порошка. Производился отбор порошка с размерами 0,1·10^–3 м (2,5 %), 0,25·10^–3 м (3,55 %), 0,5·10^–3 м (6,48 %). Частицы наносились на подложку из меди и нержавеющей стали. Приведены теплотехнические характеристики по предельным тепловым нагрузкам капиллярно-пористых покрытий в области (2 – 15)·10⁶ Вт/м². Получен гранулометрический состав материалов и подобраны газодинамические режимы работы термоинструмента.

Ключевые слова

природные материалы, капиллярно-пористые покрытия и структуры, термоинструмент, система охлаждения

Полный текст:

PDF

Литература

Поляев, В. М. Область применения пористой системы / В. М. Поляев, А. А. Генбач // Изв. вузов. Энергетика. — 1991. — № 12. — С. 97 – 101.

Тонконогий, А. В. Сравнительный анализ работы капиллярно-пористых систем / А. В. Тонконогий, А. А. Генбач // Изв. вузов. Энергетика. — 1980. — № 9. — С. 120 – 122.

Поляев, В. М. Начальная область парообразования в пористых структурах, работающих с избытком жидкости / В. М. Поляев, А. А. Генбач // Изв. вузов. Энергетика. — 1991. № 2. — С. 84 – 87.

Поляев, В. М. Интенсивность теплообмена пористой системы в гравитационном поле / В. М. Поляев, А. А. Генбач // Изв. вузов. Энергетика. — 1993. — № 1 – 2. — С. 91 – 95.

Генбач, А. А. Описание процесса теплообмена в пористой системе / А. А. Генбач, Н. А. Генбач, А. П. Голованов // Изв. вузов. Энергетика. — 1993. — № 7 – 8. — С. 77 – 80.

Генбач, А. А. Моделирование теплообмена в пористой системе охлаждения подшипника турбины / А. А. Генбач, В. О. Байбекова // Энергетика. Известия вузов и энергетических объединений СНГ. — 2017. — Т. 60, № 6. — С. 558 – 570.

Jamialahmadi, M. Experimental and theoretical studies on subcooled flow boiling of pure liquids and multicomponent mixtures / M. Jamialahmadi, et at. // International Journal of Heat and Mass Transfer. Volume 51, Issues 9–10, May 2008, Pр. 2482 – 2493. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.07.052.

Siraj Alam, M. Enhanced boiling of saturated water on copper coated heating tubes / Mohammad Siraj Alam, L. Prasad, S. C. Gupta, V. K. Agarwal // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. Vol. 47, Issue 1, January 2008. — Pр. 159 – 167. DOI: 10.1016/j.cep. 2007.07.021.

Li, Chen. Evaporation / Boiling in Thin Capillary Wicks (l) — Wick Thickness Effects / Chen Li, G. P. Peterson, Yaxiong Wang // Journal of Heat Transfer. Dec. 2006, 128(12). Рр. 1312 – 1319. DOI: 10.1115/1.2349507.

Hanlon, M. A. Evaporation Heat Transfer in Sintered Porous Media / M. A. Hanlon, H. B. Ma // Journal of Heat Transfer. — Aug. 2003 — № 125(4). — Рр. 644 – 652. DOI: 10.1115/1.1560145.

Li, Chen. Evaporation / Boiling in Thin Capillary Wicks (II) -Effects of Volumetric Porosity and Mesh Size / Chen Li, G. P. Peterson // Journal of Heat Transfer. Dec. 2006, 128(12). Рр. 1320 – 1328. DOI: 10.1115/1.2349508.

Das, A. K. Performance of different structured surfaces in nucleate pool boiling / A. K. Das, P. K. Das, P. Saha // Applied Thermal Engineering. Volume 29, Issues 17–18, December 2009. — Pр. 3643 – 3653. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2009.06.020.

Arik, M. Enhancement of pool boiling critical heat flux in dielectric liquids by microporous coatings / Arik Mehmet, Bar-Cohen Avram, Seung Mun You // International Journal of Heat and Mass Transfer. Volume 50, Issues 5–6, March 2007, Pages 997 – 1009. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006. 08.005.

Sohail Sarwar, M. Subcooled flow boiling CHF enhancement with porous surface coatings / Mohammad Sohail Sarwar, Yong Hoon Jeong, Soon Heung Chang // International Journal of Heat and Mass Transfer. Volume 50, Issues 17–18, August 2007. — Pр. 3649 – 3657. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.09.011.

Forrest, E. Augmentation of nucleate boiling heat transfer and critical heat flux using nanoparticle thin-film coatings / E. Forrest, et at. // International Journal of Heat and Mass Transfer. Volume 53, Issues 1–3, 15 January 2010. — Pр. 58 – 67. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer. 2009.10.008.

Генбач, А. А. Моделирование термических напряжений, разрушающих пористые покрытие теплообменных поверхностей энергоустановок / А. А. Генбач, Д. Ю. Бондарцев // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. — 2019. — 21(3). — Рр. 117 – 125. DOI: 10.30724/1998-9903-2019-21-3- 117-125.

Genbach, A. Comparison of cooling systems in power plant units / A. Genbach, H. Beloev, D. Bondartsev // Energies 2021; 14: 6365. DOI: 10.3390/en14196365.

Genbach, A. Boiling crisis in porous structures / A. Genbach // Energy 2022; 259: 125076. DOI: 10.1016/j.energy.2022.125076.

Хасуи, А. Наплавка и напыление / А. Хасуи, О. Моригаки; под ред. В. С. Степина, Н. Г. Шестеркина. — М.: Машиностроение, 1985. — 240 с.

Юдаев, Б. Н. Теплообмен ударной струи капельной жидкости с фазовым переходом на преграде / Б. Н. Юдаев, И. Б. Молодцов // Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации: Тез. докл. Всесоюз. конф. — Рига. — 1982. — Т. 1. — С. 213 – 232.

Юдаев, Б. Н. Теплообмен при взаимодействии сверхзвуковой струи с препятствием / Б. Н. Юдаев, Ю. И. Шанин // Тепло- и массообмен — VII: Сборник. — Минск. — 1984. — Т. 1, ч. 2. — С. 150 – 158.

Генбач, А. А. Моделирование теплообмена в капиллярно-пористых покрытиях в энергоустановках / А. А. Генбач, Д. Ю. Бондарцев, А. Я. Шелгинский // Промышленная энергетика, — 2020. — № 6. — С. 31 – 38. DOI 10.34831/ EP. 2020.52.85.003.

Генбач, А. А. Обобщение процессов теплопередачи и их сравнительная оценка для капиллярно-пористых покрытий в энергоустановках / А. А. Генбач, Д. Ю. Бондарцев, А. Я. Шелгинский // Надежность и безопасность энергетики. — 2019. — Т. 12, № 1. — С. 29 – 35. DOI: 10.24223/1999-5555-2019-12-1-29-35.

Генбач, А. А. Исследование наноразмерных и микромасштабных структурированных поверхностей охлаждения теплоэнергоустановок // А. А. Генбач, Д. Ю. Бондарцев, А. Я. Шелгинский // Надежность и безопасность энергетики. — 2022. — Т. 15, № 1. — С. 38 – 44. DOI: 10.24223/1999-5555-2022-15-1-38-44.

Генбач, А. А. Охлаждение энергоустановок с применением покрытий из минеральных сред // А. А. Генбач, Н. А. Генбач, Е. А. Андреева, А. Я. Шелгинский // Промышленная энергетика. — 2024. — № 9. — С. 15 – 21.

DOI: http://dx.doi.org/10.71759/ba8r-rs66