Экспериментальное исследование кипения чистого и загрязненного гидрофторэфира в области низких тепловых потоков
Опубликовано: 17.09.2026
Авторы: Кукшинов Н.В., Евстигнеева В.Е., Молчанов Т.И.
Опубликовано в выпуске: #9(177)/2026
Раздел: Механика | Рубрика: Механика жидкости, газа и плазмы
Представлены результаты экспериментального исследования кипения в большом объеме чистого и загрязненного гидрофторэфира HFE-7100 на цилиндрической поверхности диаметром 3 мм. Эксперименты проведены при атмосферном давлении при плотности теплового потока в диапазоне от 1 до 58 кВт/м². Построены зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности теплового потока для двух теплоносителей в случаях увеличения и уменьшения тепловой нагрузки. Показано, что загрязнение теплоносителя приводит к ухудшению теплоотдачи. Проведено сравнение результатов с известными зависимостями, связывающими коэффициент теплоотдачи и плотность теплового потока. Выявлено, что наилучшее согласование с экспериментом обеспечивает модель Мак-Нелли. Выполнена оптимизация эмпирических констант моделей для чистого HFE-7100. На основе полученных результатов обоснована необходимость экспериментального определения изменившихся теплофизических характеристик загрязненного HFE-7100 для корректного расчета и проектирования двухфазных систем охлаждения.
EDN DHBVFY
Литература
[1] Xu T., Li Y., Chen J., Zhang H., Wang L. A brief review of two-phase thermal management strategies for high heat-flux electronics. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2026, vol. 172, art. 110521.
[2] Mahmoud M.M., Karayiannis T.G. Pool boiling review: Part I – Fundamentals of boiling and relation to surface design. Thermal Science and Engineering Progress, 2021, vol. 25, art. 101024, pp. 1–19.
[3] Liu C., Yu H. Evaluation and optimization of a two-phase liquid-immersion cooling system for data centers. Energies, 2021, vol. 14, no. 5, art. 1395.
[4] Rausch M.H., Kretschmer L., Will S., Leipertz A., Fröba A.P. Density, surface tension, and kinematic viscosity of hydrofluoroethers HFE-7000, HFE-7100, HFE-7200, HFE-7300, and HFE-7500. Journal of Chemical & Engineering Data, 2015, vol. 60, no. 12, pp. 3759–3765.
[5] Thiagarajan S.J., Yang R., King C., Narumanchi S. Bubble dynamics and nucleate pool boiling heat transfer on microporous copper surfaces. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2015, vol. 89, pp. 1297–1315.
[6] El-Genk M.S., Pourghasemi M. Experiments and correlations of saturation boiling of HFE-7000 dielectric liquid on rough inclined copper surfaces. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2021, vol. 164, art. 120540.
[7] Sajjad U., Sadeghianjahromi A., Ali H.M., Wang C.-C. Enhanced pool boiling of dielectric and highly wetting liquids – A review on surface engineering. Applied Thermal Engineering, 2021, vol. 195, art. 117074.
[8] Брестер А.Е., Швецов Д.А., Жуков В.И., Павленко А.Н. Теплообмен при пузырьковом кипении в горизонтальных слоях диэлектрической жидкости HFE-7100 при различных давлениях. Теплоэнергетика, 2025, № 2, с. 30–40.
[9] Швецов Д.А., Павленко А.Н., Назаров А.Д., Михайлов А.В., Жуков В.И. Теплообмен при кипении в тонком слое диэлектрической жидкости HFE-7100 на капиллярно-пористых покрытиях. Теплофизика высоких температур, 2024, т. 62, № 6, с. 865–876.
[10] Zhuang X., Xie Y., Li X., Yue S., Wang H., Wang H., Yu P. Experimental investigation on flow boiling of HFE-7100 in a microchannel with pin fin array. Applied Thermal Engineering, 2023, vol. 225, art. 120180.
[11] Rohsenow W.M. A method of correlating heat-transfer data for surface boiling of liquids. Transactions of the American Society of Mechanical Engineers, 1952, vol. 74, no. 6, pp. 969–975.
[12] Forster H.K., Zuber N. Dynamics of vapor bubbles and boiling heat transfer. AIChE Journal, 1955, vol. 1, no. 4, pp. 531–535.
[13] Labuntsov D.A. Heat transfer problems with nucleate boiling of liquids. Thermal Engineering, 1972, vol. 19, no. 9, pp. 21–28.
[14] Mostinski I.L. Application of the rule of corresponding states for calculation of heat transfer and critical heat flux. Teploenergetika, 1963, vol. 4, no. 4, pp. 66–71.
[15] Cooper M.G. Saturation nucleate pool boiling – a simple correlation. Institution of Chemical Engineers Symposium Series, 1984, vol. 86, no. 2, pp. 785–793.
[16] Gogonin I.I. The dependence of boiling heat transfer on the properties and geometric parameters of heat-transfer wall. High Temperature, 2006, vol. 44, no. 6, pp. 913–921.
[17] Pioro I.L. Experimental evaluation of constants for the Rohsenow pool boiling correlation. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1999, vol. 42, no. 11, pp. 2003–2013.
[18] Ягов В.В. Теплообмен при развитом пузырьковом кипении жидкостей. Теплоэнергетика, 1988, № 2, с. 4–9.
[19] Kruzhilin G.N. Free-convection transfer of heat from a horizontal plate and boiling liquid. Doklady Akademii Nauk SSSR, 1947, vol. 58, no. 8, pp. 1657–1660.
[20] McNelly M.J. A correlation of rates of heat transfer to nucleate boiling of liquids. Journal of the Imperial College Chemical Engineering Society, 1953, vol. 7, pp. 18–34.
[21] Gorenflo D. Pool Boiling. VDI-Heat Atlas. Düsseldorf, VDI-Verlag, 1993, Sect. Ha.
[22] Touhami B., Abdelkader A., Mohamed T. Proposal for a correlation raising the impact of the external diameter of a horizontal tube during pool boiling. International Journal of Thermal Sciences, 2014, vol. 84, pp. 293–299.
[23] Cornwell K., Houston S.D. Nucleate pool boiling on horizontal tubes: a convection-based correlation. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1994, vol. 37, suppl. 1, pp. 303–309.
[24] Молчанов Т.И., Кукшинов Н.В. Исследование вязкости и состава гидрофторэфира различной степени загрязнения. Известия высших учебных заведений. Физика, 2026, т. 69, № 1, с. 37–43.
[25] Pranoto I., Rahman M.A., Waluyo J. The Role of Pin Fin Array Configurations and Bubble Characteristics on the Pool Boiling Heat Transfer Enhancement. Fluids, 2022, vol. 7, no. 7, p. 232.