Повышение эффективности кипения в большом объёме с помощью современных модификаций микроструктуры поверхности: обзор

Кипение в большом объёме представляет собой фундаментальный процесс теплопередачи, широко применяемый в охлаждении электроники, преобразовании энергии и энергетических системах. Однако его эффективность часто ограничивается присущими коэффициенту теплоотдачи (HTC) и критическому тепловому потоку (CHF) ограничениями. Для решения этих задач значительные исследовательские усилия были направлены на регулирование характеристик поверхности посредством современных модификаций её микроструктуры. В настоящем обзоре обобщается и критически оценивается современный прогресс в области химической обработки, механического структурирования, наноструктурирования и лазерных методов изготовления, предназначенных для повышения эффективности кипения в большом объёме. Рассматриваются модификации поверхности на макро-, микро- и наноуровнях, при этом особое внимание уделяется таким структурным конфигурациям, как полости, канавки, каналы, рёбра и гибридные архитектуры, объединяющие несколько типов геометрии. Сопоставление модифицированных поверхностей с традиционными гладкими аналогами позволяет выявить ключевые механизмы повышения эффективности, включая увеличение плотности центров парообразования, капиллярное восполнение жидкости, управление отрывом паровых пузырьков и улучшение смачиваемости. В частности, лазерное текстурирование поверхности и гибридные микро-/наноструктурированные поверхности стабильно демонстрируют превосходные результаты: при оптимизированных условиях сообщается о повышении HTC до трёх раз и увеличении CHF более чем на 100%. Помимо обобщения экспериментальных результатов, в обзоре подчёркиваются критически важные аспекты практического внедрения. Масштабируемость методов изготовления, совместимость с различными материалами, включая металлы и керамику, а также долговечность при длительном воздействии повторяющихся термических циклов рассматриваются как необходимые факторы промышленной интеграции. Кроме того, уделяется внимание потенциальным компромиссам между сложностью изготовления, стоимостью и достижимым приростом тепловых характеристик. В целом обзор подчёркивает преобразующий потенциал инженерии микроструктуры поверхности для развития кипения в большом объёме…