Визуальные исследования процесса конденсации паров воды, этанола, хладогентов в охлаждаемых кремниевых и металлических микро- и миниканалах (обзор) (2020)
В статье представлен обзор работ, посвященных визуальным исследованиям процесса конденсации паров воды или смеси паров воды и этанола в горизонтальных микроканалах. Микроканалы могли иметь разную форму: трапециевидную, треугольную, прямоугольную и квадратную. В исследованиях визуально наблюдались основные структуры потока, а именно: кольцевая, инжекционная, снарядная и пузырьковая. Отмечены также разновидности перечисленных структур потоков, в частности, полосово-кольцевая, гладкая кольцевая, эмульсионная, эмульсионно-кольцевая и вытянуто-пузырьковая. Приведены также результаты наблюдений конденсации потоков хладагентов HFE-7100, R134a и R1234ze(E). Выявлены схожие картины структур потока при различных соотношениях эффектов поверхностного натяжения и гравитационного воздействия. Продемонстрирована необходимость изучения структур потоков в микроканалах различной формы, вертикально и наклонно ориентированных к горизонту.
The article provides an overview of works devoted to visual studies of the process of condensation of water vapor or a mixture of water vapor and ethanol in horizontal microchannels. Microchannels could have different shapes: trapezoidal, triangular, rectangular, and square. In the studies, the main flow structures were visually ob-served, namely: annular, injection, slug and bubble. The varieties of the listed flow structures are also noted, in particular, strip-annular, smooth annular, emulsion, emulsion-annular and elongated-bubble. The results of observations of condensation of flows of refrigerants HFE-7100, R134a and R1234ze(E) are also presented. Revealed similar patterns of flow structures at different ratios of the effects of surface tension and gravitational action. The necessity of studying the structures of flows in microchannels of various shapes, vertically and obliquely oriented to the horizon, has been demonstrated.
Идентификаторы и классификаторы
Анализ визуальных исследований конденсации водяных паров в трапециевидных, треугольных, квадратных и прямоугольных микроканалах с различными значениями критерия Bo показал ограниченное количество работ по данной тематике. Результаты выполненных исследований не всегда имеют однозначный характер. Во всех работах визуально наблюдались кольцевая, инжекционная, снарядная и пузырьковая структуры потока. Также исследователи наблюдали разновидности перечисленных структур потоков: полосово-кольцевая, гладкая кольцевая, эмульсионная, эмульсионно-кольцевая и вытянуто-пузырьковая. Однако границы данных структур потока отличаются в зависимости от условий проведения эксперимента – vsпара, скорости его охлаждения, Reпара/жидкости, формы поперечного сечения и Dh. Изменяя эти условия, можно менять границы между структурами потока, а также наблюдать новые разновидности структур потока.
Похожие результаты получены при конденсации потоков хладагентов HFE-7100, R134a и R1234ze(E) в горизонтальных миниканалах (0,05 < Bo < 3,0). В работах визуально наблюдались основные структуры потока: кольцевая, снарядная и пузырьковая, а также переходные структуры: установившаяся инжекционная структура, волново-инжекционная, соединительно-жидкостная, пленочно-волновая. Однако при конденсации пара HFE-7100 в вертикальном миниканале наблюдался реверсивный поток пара, который сначала останавливался, а затем двигался вместе с конденсатом в обратном направлении.
Обзор выполненных исследований в микро- и миниканалах показал схожие картины структур потока при различных соотношениях эффектов поверхностного натяжения и гравитационного воздействия, а также выявил необходимость изучения структур потоков в микроканалах различной формы, но вертикально и наклонно ориентированных к горизонту.
Список литературы
- Пашкевич Р. И. // ГИАБ. 2015. № 63. С. 378.
- Пашкевич Р. И., Таскин В. В. // Термо-гидродинамическое моделирование теплопереноса в породах Мутновской магмагеотермальной системы. – Владивосток: Дальнаука, 2009.
- Muratov P. V., Pashkevich R. I. // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2015. Vol. 91. P. 494.
- Pashkevich R. I., Muratov P. V. // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2015. Vol. 81. P. 804.
- Иодис В. А. // ГИАБ. 2018. № 12 (специальный выпуск 60). С. 141.
- Иодис В. А. // ГИАБ. 2018. № 12 (специальный выпуск 59). С. 163.
- Иодис В. А., Пашкевич Р. И. // ГИАБ. 2014. № ОВ2. С. 99.
- Пашкевич Р. И., Иодис В. А. // ГИАБ. 2014. № ОВ2. С. 136.
- Cheng P., Quan X., Wu H. // Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics. 2008.
- Kew P. A., Cornwell K. // Appl. Therm. Eng. 1997. Vol. 17. P. 705.
- Ullmann A., Brauner N. // Multiphase Science and Technology. 2007. Vol. 19. № 1. P. 49.
- Kandlikar S. G., Grande W. J. // Heat Transfer Eng. 2003. Vol. 24 (1). P. 3.
- Kandlikar S. G. // Exp. Thermal Fluid Sci. 2002. Vol. 26. P. 389.
- Kumar V., Vikash, Nigam K. D. P. // Chem. Eng. Sci. 2017. Vol. 169. P. 34.
- Крупененков Н. Ф., Филатов А. С. // Холодильная техника и кондиционирование. 2015. № 4. С. 40.
- Chen Y., Cheng P. // Int. Commun. Heat Mass Transf. 2005. Vol. 32. P. 175.
- Wu H. Y., Cheng P. // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2005. Vol. 48. P. 2186.
- Quan X., Cheng P., Wu H. // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2008. Vol. 51. P. 707.
- Jiang R., Ma X., Lan Z., Bai Y., Bai T. // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2015. Vol. 90. P. 339.
- Jiang R., Lan Z., Sun T., Zheng Y., Wang K., Ma X. // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2018. Vol. 127. P. 160.
- Chen Y., Wu R., Shi M., Wu J., Peterson G. P. // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2009. Vol. 52. P. 5122.
- Zhang W., Xu J., Thome J. R. // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2008. Vol. 51. P. 3420.
- Wu J., Shi M., Chen Y., Li X. // Int. J. Thermal Sci. 2010. Vol. 49. P. 922.
- Zhang С., Shen С., Chen Y. // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 104. P. 1135.
- Odaymet A., Louahlia-Gualous H. // Exp. Thermal Fluid Sci. 2012. Vol. 38. P. 1.
- Al-Zaidi A. H., Mahmoud M. M., Karayiannis T. G. // Exp. Thermal Fluid Sci. 2018. Vol. 90. P. 153.
- Fang С., David M., Wang F., Goodson K. E. // Int. J. Multiphase Flow. 2010. Vol. 36. P. 608.
- Wang J., Li J. M., Hwang Y. // Appl. Therm. Eng. 2017. Vol. 115. P. 233.
- Wang J., Li J. M. // Int. J. Multiphase Flow. 2018. Vol. 101. P. 125.
- Lin K.-W., Wang C.-C. // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 106. P. 518.
- R. I. Pashkevich, GIAB, No. 63, 378 (2015).
- R. I. Pashkevich and V. V. Taskin, Termo-gidrodinamicheskoe modelirovanie teploperenosa v porodah Mutnovskoj magmageotermal’noj sistemy (Dal’nauka, Vladivostok, 2009).
- P. V. Muratov, Int. J. Heat and Mass Trans-fer 91, 494 (2015).
- R. I. Pashkevich and P. V. Muratov, Int. J. Heat and Mass Transfer 81, 804 (2015).
- V. A. Iodis, GIAB, No. 12 (60), 141 (2018).
- V. A. Iodis, GIAB, No. 12 (59), 163 (2018).
- V. A. Iodis and R. I. Pashkevich, GIAB, No. OV2, 99 (2014).
- R. I. Pashkevich and V. A. Iodis, GIAB, No. OV2, 136 (2014).
- P. Cheng, X. Quan, and H. Wu, Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics (2008).
- P. A. Kew and K. Cornwell, Appl. Therm. Eng. 17, 705 (1997).
- A. Ullmann and N. Brauner, Multiphase Science and Technology 19 (1), 49 (2007).
- S. G. Kandlikar and W. J. Grande, Heat Transfer Eng. 24 (1), 3 (2003).
- S. G. Kandlikar, Exp. Thermal Fluid Sci. 26, 389 (2002).
- V. Kumar, Vikash, and K. D. P. Nigam, Chem. Eng. Sci, 169, 34 (2017).
- N. F. Krupenenkov and A. S. Filatov, Ho-lodil’naya tekhnika i kondicionirovanie, No. 4, 40 (2015).
- Y. Chen and P. Cheng, Int. Commun. Heat Mass Transf 32, 175 (2005).
- H. Y. Wu and P. Cheng, Int. J. Heat and Mass Transfer 48, 2186 (2005).
- X. Quan, P. Cheng, and H. Wu, Int. J. Heat and Mass Transfer 51, 707 (2008).
- R. Jiang, X. Ma, Z. Lan, Y. Bai, and T. Bai, Int. J. Heat and Mass Transfer 90, 339 (2015).
- R. Jiang, Z. Lan, T. Sun, Y. Zheng, K. Wang, and X. Ma, Int. J. Heat and Mass Transfer 127, 160 (2018).
- Y. Chen, R. Wu, M. Shi, J. Wu, and G. P. Peter-son, Int. J. Heat and Mass Transfer 52, 5122 (2009).
- W. Zhang, J. Xu, and J. R. Thome, Int. J. Heat and Mass Transfer 51, 3420 (2008).
- J. Wu, M. Shi, Y. Chen, and X. Li, Int. J. Thermal Sci. 49, 922 (2010).
- С. Zhang, С. Shen, and Y. Chen, Int. J. Heat and Mass Transfer 104, 1135 (2017).
- A. Odaymet and H. Louahlia-Gualous, Exp. Thermal Fluid Sci. 38, 1 (2012).
- A. H. Al-Zaidi, M. M. Mahmoud, and T. G. Karayiannis, Exp. Thermal Fluid Sci. 90, 153 (2018).
- С. Fang, M. David, F. Wang, and K. E. Goodson, Int. J. Multiphase Flow 36, 608 (2010).
- J. Wang, J. M. Li, and Y. Hwang, Appl. Therm. Eng. 115, 233 (2017).
- J. Wang and J. M. Li, Int. J. Multiphase Flow 101, 125 (2018).
- K.-W. Lin and C.-C. Wang, Int. J. Heat and Mass Transfer 106, 518 (2017).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Иодис В. А.
Визуальные исследования процесса конденсации паров воды, этанола, хладогентов в охлаждаемых кремниевых и металлических микро- и миниканалах (обзор) 401
Воронов К. Е., Телегин А. М., Сухачев К. И., Калаев М. П.
Формы наведенного импульса в датчике микрометеороидов и частиц космического мусора 411
Гандилян С. В., Гандилян Д. В.
Некоторые вопросы обобщенного физико-математического моделирования динамических и энергетических характеристик микро- и наноэлектромеханических систем 419
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Кирий Н. П., Савинов С. А.
Спектроскопическое исследование тангенциального ускорения и нагрева плазмы токовых слоев, сформированных при разряде в криптоне 436
Фролова Ю. Л., Надирадзе А. Б., Ловцов А. С., Томилин Д. А.
Методика переноса результатов наземных измерений параметров струи стационарного плазменного двигателя на условия эксплуатации в космосе 454
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Асаёнок М. А., Зеневич А. О., Новиков Е. В., Кочергина О. В., Лагутик А. А.
Реализация режима счета фотонов матричными многоэлементными лавинными фотоприемниками видимого и ближнего инфракрасного диапазонов 464
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Кузнецов П. А., Мощев И. С.
Исследование матричного фотоприемного модуля SWIR диапазона в дальномерном режиме 472
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
V. A. Iodis
Visual studies of the condensation process of water vapor, ethanol, and refrigerants in cooled silicon and metal micro- and minicannels (a review) 401
K. E. Voronov, A. M. Telegin, K. I. Sukhachev, and M. P. Kalaev
Investigation of the shape of the induced pulse from the sensor of micrometeoroids and particles of space debris of ionization type with plate electrodes 411
S. V. Gandilyan and D. V. Gandilyan
Some issues of generalized physical and mathematical modeling of dynamic and energy characteristics of micro- and nanoelectromechanical systems (MEMS and NEMS) 419
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
N. P. Kyrie and S. A. Savinov
Spectroscopic studies of the tangential acceleration and plasma heating of current sheets formed during a discharge in krypton 436
Y. L. Frolova, A. B. Nadiradze, A. S. Lovtsov, and D. A. Tomilin
Method of transferring the results of ground measurements of the plume parameters of a stationary plasma thruster to the conditions of full-scale operation 454
PHOTOELECTRONICS
M. A. Asayonok, A. O. Zenevich, E. V. Novikov, O. V. Kocherhina, and A. А. Lahutsik
Implementation of the photon counting mode by array multielement avalanche photodetectors 464
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
P. A. Kuznetsov and I. S. Moschev
Study of the SWIR range photodetector array module in rangefinder mode 472
Другие статьи выпуска
Представлен первый отечественный матричный фотоприемный модуль (ФПМ) SWIR диапазона для активно-импульсных формирователей изображения. В состав ФПМ входит матрица p–i–n фотодиодов на основе гетеро-структуры InGaAs/InP формата 320256 с шагом 30 мкм; большая интегральная схема считывания фотосигналов; термоэлектрический охладитель и герметичный корпус с сапфировым окном. Основной особенностью ФПМ является возможность функционирования в 3-х режимах: пассивный 2D, активно-импульсный 3D (дальномерный), асинхронный бинарный. Гибкое сочетание указанных режимов позволяет получить максимум информации о наблюдаемых объектах. Информация о дальности, формируемая в каждом пикселе ФПМ, в совокупности с яркостными сигналами, позволяет осуществить синтез 3D-изображений объектов. В работе представлены результаты исследования ФПМ, работающего в активно-импульсном 3D (дальномерном) режиме. Приводятся результаты эксперимента по созданию эффекта 3D-изображения, подтверждающие возможность ФПМ детектировать с высоким разрешением разноноудаленные объекты.
Подходы к реализации режима счета фотонов, используемые для одноэлементных лавинных фотоприемников, не в полной мере применимы к матричным многоэлементным лавинным фотоприемникам, таким как кремниевые фотоэлектронные умножители. Поэтому в статье рассмотрены особенности реализации режима счета фотонов применительно к этим фотоприемникам. Показана возможность работы в рассматриваемом режиме серийно выпускаемых кремниевых фотоэлектронных умножителей Кетек РМ 3325 и ON Semi FC 30035, а также умножителей из опытной партии, произведенной ОАО «Интеграл» (Республика Беларусь). Определены важные для реализации данного режима характеристики этих кремниевых фотоэлектронных умножителей, в частности, удельный коэффициент амплитудной чувствительности и зависимость отношения сигнал/шум от величины напряжения их питания.
Представлена методика экстраполяции угловых и энергетических характеристик ионов струи СПД, полученных в условиях стенда, на натурные условия эксплуатации. Исходными данными для экстраполяции являлись тормозные характеристики зондов-энергоанализаторов, измеренные при различных значениях давления фонового газа в вакуумной камере. Для получения достоверного результата из тормозных характеристик были исключены ионы перезарядки, образующиеся в результате взаимодействия ионов струи с частицами фонового газа, и учтено ослабление потока ионов за счет перезарядки. Полученные угловые зависимости откалиброваны по тяге. После этого зависимости плотности тока от давления при фиксированных значениях угла вылета ионов аппроксимировались полиномом второй степени. В качестве искомого значения плотности тока принималось значение аппроксимирующей функции в точке нулевого давления. В результате были получены угловые и энергетические характеристики ионов струи СПД, реализуемые в натурных условиях эксплуатации.
Определены температуры однозарядных и двухзарядных ионов криптона, а также электронов в зависимости от времени в токовых слоях, сформированных в 2D и 3D магнитных конфигурациях с X линией. Установлено, что максимальная температура ионов криптона более чем на порядок превышает максимальную температуру электронов, обе температуры характеризуются разной зависимостью от времени и величины продольного магнитного поля. Обнаружены быстрые, сверхтепловые потоки плазмы, направленные вдоль наибольшего из поперечных размеров токового слоя - ширины слоя, от центра слоя к периферии. Показано, что тангенциальное ускорение крипто-новой плазмы происходит под действием сил Ампера. Измеренные значения энергии ускоренных ионов криптона согласуются с оценками сил Ампера, выполненными на основе независимых магнитных измерений.
В работе предложен новый обобщенный подход обобщенного физико-математического и компьютерного моделирования динамических и энергетических характеристик микро- и наноэлектромеханических систем (МЭМС и НЭМС), как сложных динамических систем с бинарно-сопряженными подсистемами. На базе предложенных теоретических принципов и моделей рассматриваются возможности исследования электрофизических характеристик биологических наноструктур. Рассматриваются некоторые узловые вопросы перспективного развития МЭМС и НЭМС, если в структурах их функциональных элементов возбуждения имеются активные наноструктурированные материалы дуального назначения, в которых при отсутствии внешних электромагнитных полей наблюдаются и намагниченность, и электрическая поляризация, так называемые сегнетоэлектромагнетики.
В статье приведено краткое описание датчика микрометеороидов и частиц космического мусора ионизационного принципа действия. Предложен алгоритм определения формы наведенного импульса на основе теоремы Рамо-Шокли, возникающего на измерительных электродах при пролете заряженных микрочастиц в зависимости от траектории их полета. Показано как определить наклон пролета микрочастицы при ее движении через электроды в виде пластин.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400