Podrobno

Strukturirani mikrokanalni prenosnik toplote za visoke gostote toplotnih tokov
ID Žalec, Domen (Avtor), ID Može, Matic (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu, ID Golobič, Iztok (Komentor)

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (14,32 MB)
MD5: 002EF76C12F5C288C88434284FD98C6D

Izvleček
V doktorskem delu obravnavamo intenzifikacijo prenosa toplote pri mehurčkastem vrenju in razvoj strukturiranih površin za odvod toplote pri visokih gostotah toplotnih tokov, značilnih za sodobne elektronske in energetske sisteme. Pri klasičnih gladkih kovinskih površinah se pri naraščanju gostote toplotnega toka relativno hitro doseže kritična gostota toplotnega toka (CHF), ko zaradi lokalnega izsuševanja nastopi prehod na filmsko vrenje in izrazit porast pregretja površine. Osrednji cilj disertacije je bil pojasniti povezavo med površinskimi lastnostmi (topografija in omočljivost), dinamiko mehurčkov ter mejama delovanja (HTC in CHF) in na tej osnovi razviti mikrokanalne koncepte, ki zmanjšajo kompromis med visokim koeficientom toplotne prestopnosti in visoko CHF. V delu smo sistematično preučili vpliv laserskega teksturiranja (razmik med teksturiranimi linijami) in kemijske modifikacije površine (hidrofobizacija s samosestavljenimi monoplastmi) na vrelno krivuljo. Pokazali smo, da hidrofobizacija praviloma omogoči zgodnejšo nukleacijo in višji koeficient toplotne prestopnosti (nižja pregretja pri dani gostoti toplotnega toka), medtem ko je vpliv na CHF odvisen od velikostne skale teksture in učinkovitosti ponovne navlažitve. V nadaljevanju smo razvili odprte mikrokanalne in hierarhične površine, kjer so mikrokanali kombinirani z lasersko induciranimi mikrojamicami. S tem pristopom smo dosegli hkratno povečanje HTC in CHF ter pokazali, da je izbira geometrije mikrokanalov in omočljivosti ključna za obvladovanje koalescence mehurčkov in izsuševanja. V zadnjem sklopu smo te površine kombinirali z lokalno prisilno konvekcijo (potopljeno hlajenje s curkom) z vstavljenimi mikrocevmi, kar je dodatno okrepilo dovod tekočine in omogočilo bistveno višje CHF v primerjavi z ravno referenčno površino. Na podlagi eksperimentalnih rezultatov, hitrostnih vizualizacij in primerjave z literaturo podamo smernice za zasnovo mikrokanalnih uparjalnikov in sorodnih dvofaznih hladilnih rešitev, pri katerih je ključno usklajevanje nukleacijskih lastnosti površine z učinkovitim transportom tekočine in pare.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:mehurčkasto vrenje, mikrokanalni prenosnik toplote, lasersko teksturiranje, omočljivost površine, koeficient toplotne prestopnosti, kritična gostota toplotnega toka
Vrsta gradiva:Doktorsko delo/naloga
Tipologija:2.08 - Doktorska disertacija
Organizacija:FS - Fakulteta za strojništvo
Kraj izida:Ljubljana
Založnik:[D. Žalec]
Leto izida:2026
Št. strani:XXII, 148 str.
PID:20.500.12556/RUL-182882 Povezava se odpre v novem oknu
UDK:536.24:544.722.3(043.3)
COBISS.SI-ID:279719939 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:27.05.2026
Število ogledov:100
Število prenosov:128
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Structured microchannel heat exchanger for high heat flow densities
Izvleček:
This doctoral thesis addresses heat transfer in nucleate boiling and its enhancement through the development of structured microchannel heat sinks intended for high heat-flux thermal management, typical of advanced electronics and energy conversion systems. Conventional smooth metallic surfaces often reach the critical heat flux (CHF) at relatively moderate heat fluxes; once local dryout occurs, the boiling regime shifts towards film boiling, accompanied by a sharp increase in wall superheat. The central objective of this work was to clarify how surface properties (topography and wettability) govern bubble dynamics, boiling curves, and operational limits (HTC and CHF), and to develop microchannel-based concepts that mitigate the inherent trade-off between high heat transfer coefficients and high CHF. First, the influence of laser texturing (texture line spacing) and surface chemistry modification (hydrophobization via self-assembled monolayers) on the boiling curve was systematically investigated. The results show that hydrophobization typically promotes earlier nucleation and higher heat transfer coefficients (lower wall superheats at a given heat flux), whereas its impact on CHF strongly depends on the characteristic length scale of the texture and on the efficiency of surface rewetting. Next, open microchannel surfaces and hierarchical designs with laser-induced microcavities were developed and tested. This combination enables simultaneous improvement of HTC and CHF and demonstrates that both microchannel geometry and wettability are critical for controlling bubble coalescence and delaying dryout. Finally, microchannel concepts were integrated with local forced convection (submerged jet impingement) to further intensify liquid supply to achieve substantially higher CHF compared to a flat reference surface and provided a clear path towards robust high-performance two-phase cooling solutions. Based on experimental results, high-speed visualization, and comparison with the literature, the thesis provides practical design guidelines for microchannel evaporators and related phase-change thermal management devices.

Ključne besede:nucleate boiling, microchannel heat exchanger, laser texturing, surface wettability, heat transfer coefficient, critical heat flux

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj