Лебедь, Наталія ЛеонідівнаЛіпніцький, Леонід Володимирович2025-06-162025-06-162025Ліпніцький, Л. В. Інтенсифікація процесів теплообміну в двофазних термосифонах при використанні нарізних зон нагріву : дис. … д-ра філософії : 142 – Енергетичне машинобудування / Ліпніцький Леонід Володимирович . – Київ, 2025. – 154 с.https://ela.kpi.ua/handle/123456789/74261Ліпніцький Леонід Володимирович. Інтенсифікація процесів теплообміну в двофазних термосифонах при використанні нарізних зон нагріву. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 «Енергетичне машинобудування». - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", МОН України, Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена вивченню процесів гідродинаміки та теплової ефективності двофазних термосифонів з нарізним випарником, а також вивченню впливу геометричних параметрів нарізі у зоні нагріву на характеристики термосифону. У вступі визначено мету і завдання дослідження відповідно до предмету та об’єкту, обґрунтовано вибір теми дослідження. Обрано метод дослідження, а саме експериментальний метод. Показано наукову новизну отриманих результатів та надано інформацію щодо особистого внеску здобувача. Також надано інформацію про апробацію результатів роботи. Описано структуру та обсяг дисертаційної роботи. Крім того, вказано зв’язок роботи з науковими програмами та грантами, в рамках яких було виконано дану роботу. Одним з ключових компонентів енергетичної галузі та промисловості, особливо в енергетичному машинобудуванні є теплообмінні апарати. Ці пристрої забезпечують передачу енергії між робочими середовищами та є основним засобом у роботі різноманітного обладнання. Одним з типів такого обладнання є теплообмінні апарати з термосифонами або тепловими трубами. Такі технології дозволяють забезпечувати ефективну передачу тепла за рахунок фазових переходів робочого середовища та трансформації теплових потоків, що дозволяє використовувати їх у широкому діапазоні теплового навантаження та температур. У першому розділі представлено загальні відомості про теплообмінне обладнання та їх основні функції, проведено пошук та аналіз основних конструкцій. Також представлено літературний огляд по теплообмінним апаратам на основі термосифонів та теплових труб, що базуються на випарноконденсаційному циклі роботи. Проаналізовано конструкції таких апаратів, їх особливості та характеристики. Крім класичного використання у теплообмінних апаратах термосифони знайшли своє застосування і у альтернативній енергетиці. Проаналізовано ефективність роботи теплообмінного обладнання для реалізації теплового потенціалу верхніх шарів ґрунту на основі термосифонів у комбінації роботи з тепловими насосами. Виходячи з цього, показана необхідність визначення оптимальних характеристик двофазних систем для теплообмінного обладнання. Для проектування високо ефективного енергетичного обладнання необхідно підвищувати ефективність роботи кожної його складової. Визначено основні параметри, що впливають на ефективність роботи термосифонів, результатам дослідження яких присвячено значна кількість робіт, аналіз яких представлено у даній роботі. За результатами аналізу було визначено, що перспективним напрямком підвищення інтенсивності теплообміну в зонах двофазних термосифонів є використання внутрішньої гвинтової нарізі. Такий метод є відносно простим і технологічним, при цьому показав свою ефективність. Представлено опис експериментального стенду для дослідження теплових характеристик термосифонів. Розроблено і показано загальні засоби проведення експерименту та методика його проведення та обробки отриманих даних. Визначено похибку проведення експериментального дослідження. На основі отриманих експериментальних даних проведено аналіз впливу кута нахилу двофазних термосифонів з нарізним випарником, визначено оптимальний коефіцієнт заповнення, а також визначено оптимальний крок гвинтової нарізі у діапазоні кроку від 0,1мм до 0,5мм. Другий розділ присвячено гідродинаміці потоку у двофазних системах. Глибоко розглянуто вплив форми поверхні на гідродинаміку двофазного термосифону. Розглянуто та описано специфічний для умов функціонування термосифонів режим роботи, що має назву гейзер-ефект. Проведено і описано експеримент, по візуалізації процесів у двофазному термосифоні при різних кутах нахилу до горизонту. Визначено що у циліндричному термосифоні при малих кутах нахилу рідина не приймає чіткого горизонтального положення, таким чином показано, що навіть при малих кутах нахилу зона нагріву не осушується повністю за рахунок утримуючих менісків рідини, які утворюються силами поверхневого натягу. Проведено ряд досліджень і визначено основні стадії функціонування двофазного термосифону при різних кутах нахилу. Крім того, проведено дослідження по візуалізації гідродинамічних процесів на нарізі, на прикладі плоского термосифону. У третьому розділі представлено загальні відомості про пограничні шари: гідродинамічний та тепловий. Розглянуто формування пограничного шару при вимушеній і вільній конвекції. Висунуто гіпотезу про формування теплового пограничного шару в умовах функціонування двофазних термосифонів: при обмеженні стінкою знизу, а також при постійному підведенні теплового потоку. Описано експериментальний стенд, що дозволяє непрямими вимірами, не втручаючись у формування пограничного шару, дослідити його формування. Такий метод засновується на оптичних ефектах заломлення та огинання світла, і називається тіньовий метод. За результатами дослідження було виявлено особливу форму пограничного шару при його формуванні. Крім того, було визначено певні стадії формування в умовах значно наближених до функціонування двофазних систем. Після аналізу було визначено основну зону перегріву робочої рідини, що дозволило більш глибоко пояснити початкові етапи функціонування термосифонів на стартових режимах роботи. На основі отриманих результатів також проведено і описано експериментальні дослідження з частковим нанесенням інтенсифікатору у зоні нагріву двофазного термосифону. Таким чином було визначено оптимальне співвідношення висоти інтенсифікатора до загальної висоти зони нагріву. Матеріали дисертаційної роботи поглиблюють розуміння процесів пароутворення що відбуваються в умовах наближених до функціонування двофазних теплопередаючих систем. Матеріали та результати дисертаційної роботи можуть бути використані при проектуванні ефективних теплообмінників на основі двофазних теплопередаючих систем для енергетичних, промислових та альтернативних енергетичних систем. Результати впроваджено у навчальний процес на кафедрі атомної енергетики Навчально-наукового інституту атомної та теплової енергетики Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Робота пов`язана з виконанням досліджень в рамках проекту Національного фонду досліджень України № 2020.02/0357 «Розвиток теплофізичних та конструктивно-технологічних основ підвищення ефективності охолодження приймально-передавальних модулів радіолокаційних станцій». 2020-2022 (з призупиненням у 2022 р. та продовженням у 2023 через форсмажорні обставини). Частина отриманих даних входила до складу науково-дослідницької теми, що проводилась на кафедрі атомної енергетики Навчально-наукового інституту атомної та теплової енергетики Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", а саме «Дослідження теплофізичних характеристик тонких плоских теплових труб для модернізації існуючих та створення перспективних радіолокаційних станцій», номер держ. реєстрації №0123U101837.154 с.ukтермосифонтеплообмінкипінняконденсаціяінтенсивність охолодженнявипаровуваннятермічний опірконвекціяінтенсивність теплообмінуприродна циркуляціяенергоефективністьнадлишкова температуратеплообмінниккоефіцієнт теплопередачіthermosiphonheat transferboilingcondensationcooling intensityevaporationthermal resistanceconvectionheat transfer intensitynatural circulationenergy efficiencyexcess temperatureheat exchangerheat transfer coefficientThesis Doctoral536.4