ТЕПЛООТДАЧА В СИСТЕМАХ ОХЛАЖДЕНИЯ СУДОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ЦИРКУЛЯЦИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ, СОДЕРЖАЩЕГО ВЫСОКОТЕПЛОПРОВОДНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ МУЛЬТИГРАФЕНА
Аннотация
Для интенсификации теплоотдачи в системах охлаждения форсированных и перспективных судовых двигателей внутреннего сгорания были созданы теплоносители с увеличенным коэффициентом теплопроводности, представляющие собой устойчивые стабильные двухфазные суспензии на основе водного раствора этиленгликоля и твердых наночастиц мультиграфена с высоким коэффициентом теплопроводности. Проведены численные и экспериментальные исследования теплоотдачи от нагретой стенки испытательной секции к наножидкостям в диапазоне массовых концентраций частиц мультиграфена 0,2-0,75 %, что соответствует коэффициентам теплопроводности 0,715-0,85 Вт/м·К. На разработанной экспериментальной установке, функционирующей в условиях стационарного режима теплообмена, проводились измерения температуры жидкости и металлической стенки секции при неизменных значениях следующих параметров, которые имеют место в системах охлаждения двигателей: схема омывания нагретой стенки, конструктивные особенности полости охлаждения, искусственная турбулизация потока жидкости и др. Коэффициенты теплоотдачи от нагретой стенки к базовой жидкости и двухфазному теплоносителю при его повышенном коэффициенте теплопроводности сравнивались между собой при одинаковых режимных условиях испытания: температуре теплоносителя 80 °С и скорости его движения 0,4-1,2 м/с. Установлено влияние на теплоотдачу повышенного коэффициента теплопроводности теплоносителей с частицами мультиграфена. При одной и той же скорости движения теплоносителя с увеличением коэффициента теплопроводности наножидкости от 0,715 Вт/м·К до 0,85 Вт/м·К коэффициент теплоотдачи увеличился на 22 %. Наличие наночастиц мультиграфена в суспензии, имеющей коэффициент теплопроводности 0,85 Вт/м·К, привело к увеличению интенсивности теплоотдачи на 30 % по сравнению с базовой жидкостью. Полученные экспериментальные результаты были обработаны в числах подобия, что позволило получить критериальное уравнение для теплоотдачи при вынужденной конвекции и турбулентном режиме течения суспензий жидкость - твердые частицы. Это уравнение может служить основой для расчета теплообмена в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания при применении таких двухфазных теплоносителей с увеличенным коэффициентом теплопроводности. Задача повышения интенсивности теплообмена на границе «стенка - теплоноситель» актуальна как для повышения надежности форсированных судовых дизелей, так и для совершенствования теплогидравлической эффективности теплообменных аппаратов, связанных с контуром систем охлаждения судовых двигателей.
Ключевые слова
система охлаждения, двигатель внутреннего сгорания, интенсификация теплоотдачи, охлаждающая наножидкость, наночастицы мультиграфена, экспериментальная установка, коэффициент теплоотдачи, критериальное уравнение
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Об авторах
Жаров Александр Викторович - кандидат технических наук, профессор
Ярославский государственный технический университетГоршков Роман Владимирович - аспирант
Ярославский государственный технический университетСавинский Николай Геннадьевич - кандидат химических наук, старший научный сотрудник
Ярославский филиал ФТИАН РАН
