Гидродинамика и теплоперенос при испарении, кипении и конденсации рабочих жидкостей на поверхности гибридных графеновых композитов применительно к перспективным направлениям традиционной и альтернативной энергетики

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-19-00840

НазваниеГидродинамика и теплоперенос при испарении, кипении и конденсации рабочих жидкостей на поверхности гибридных графеновых композитов применительно к перспективным направлениям традиционной и альтернативной энергетики

Руководитель Михайлова Инна Александровна, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" , г Москва

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-201 - Процессы тепло- и массообмена

Ключевые слова Гидродинамика, теплообмен, графеновые композиты, испарение, кипение, конденсация

Код ГРНТИ44.31.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект посвящен исследованиям в области гидродинамики и тепломассообмена (испарение, кипение, конденсация) различных рабочих жидкостей (вода и водные растворы, спирты и растворы полимеров, а также наножидкости) на поверхности и в тонких слоях гибридных графеновых композитов применительно к перспективным направлениям традиционной (тепловой и атомной) энергетики и альтернативной энергетики (в основном, солнечной тепловой энергетики и солнечной термоэлектрической энергетики), а также в системам хранения тепловой энергии на базе материалов с фазовыми переходами. Целью настоящего проекта является решение фундаментальных и прикладных задач, связанных с исследованием двумерных материалов, включая графен и другие компоненты, применительно к процессам в различных энергетических устройствах (системы пассивного и активного охлаждения электронных и энергетических устройств, защита электронных устройств от электромагнитного излучения и электромагнитного шума, материалы для хранения тепловой энергии, материалы для конверсии тепловой энергии в электрическую – термоэлектрическое преобразование, материалы для конверсии солнечного планковского излучения в пар и т.п.). Предполагается выполнить исследования различных наножидкостей, в основном, на базе графеновых нанохлопьев в качестве добавок и наполнителей разного типа рабочих жидкостей, их оптических и тепловых свойств в широком диапазоне температур (для систем термоменеджмента и термостабилизации энергетических и электронных устройств, для печати гибкой электроники, применительно к задачам тепловой солнечной энергетики и т.п.). Помимо этого, будут исследованы гибридные многокомпонентные композитов со специальными функциональными свойствами для увеличения или снижения теплопроводности, управления прочностью и пластичностью, а также специальными функциональными поверхностями с регулируемой смачиваемостью и растеканием жидкости, испарением, кипением и конденсацией на подобных поверхностях, избирательными электромагнитными свойствам и другими параметрами. Актуальность данного проекта связана с отсутствием масштабных исследований в области двумерных материалов как компонентов более сложных систем с заданными функциональными свойствами, фактическое отсутствие серьезных исследований для графеновых наножидкостей или гибридных графеновых жидкостей (с добавлением других нанокомпонентов и ультрадисперсных частиц), недостаточные знания о поведении гибридных графеновых нанокомпозитов и нанокомпозитов с добавками других двумерных материалов, особенно в широкой области температур, при наличии электромагнитных полей, особенностей смачивания поверхностей, процессов испарения, кипения и конденсации, а также кристаллизации разнообразных жидкостей, включая наножидкости, и т.п. Несмотря на определенное число опубликованных результатов, многие вопросы изучены совершенно недостаточно, особенно в целях их использования для традиционной или альтернативной энергетики. Имеющиеся опытные данные и теоретические модели не отвечают современным подходам, имеют высокую неопределенность в полученных результатах и не могут служить основой для решения инженерных задач.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Чан Куок Тхинь, Дмитриев А.С., Макаров П.Г. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СТАБИЛЬНОСТИ НАНОЖИДКОСТЕЙ НА ОСНОВЕ ОКСИДНЫХ И УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ Оптические методы исследования потоков: Труды XVII Международной научно-технической конференции, 26– 30 июня 2023. – М.: НИУ МЭИ, 2023. – c. 760–769., Чан Куок Тхинь, Дмитриев А.С., Макаров П.Г. 17-я Международная научно-техническая конференция «Оптические методы исследования потоков 2023» (26–30 июня 2023, г. Москва): сборник трудов конференции. – c. 760–769. (год публикации - 2023)

2. Дмитриев А.С., Макаров П.Г., Михайлов В.В., Михайлова И.А., Чан К.Т. Закрученные потоки графеновых наножидкостей для оптимизации процессов генерации пара в тепловой солнечной энергетике ТЕПЛОМАССООБМЕН И ГИДРОДИНАМИКА В ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКАХ Тезисы докладов IX Международной конференции. Нижний Новгород, 2023 Издательство: Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (Нижний Новгород). – c. 123–124., Дмитриев А.С., Макаров П.Г., Михайлов В.В., Михайлова И.А., Чан К.Т. IX Международная конференция «Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках» (10 – 12 октября 2023, г. Нижний Новгород): сборник трудов конференции. – c. 123–124. (год публикации - 2023)

3. Дмитриев А.С., Михайлова И.А., Чан К.Т. Особенности нагрева и испарения вращающейся графеновой наножидкости под действием солнечного излучения ГРАФЕН И РОДСТВЕННЫЕ СТРУКТУРЫ: СИНТЕЗ, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ (GRS–2023) Материалы V Международной научно-практической конференции (Тамбов, 12–13 октября 2023 г.). – c. 146–149., V Международная научно-практическая конференция «ГРАФЕН И РОДСТВЕННЫЕ СТРУКТУРЫ: СИНТЕЗ, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ» (12–13 октября 2023, г. Тамбов): сборник трудов конференции. – c. 146–149. (год публикации - 2023)

4. Артамонов А.В., Дмитриев А.С., Макаров П.Г. Эффект Лейденфроста на струнах Письма в ЖТФ, 2023, том 49, вып. 18, с.16-19, Письма в ЖТФ, 2023, том 49, вып. 18, с.16-19 (год публикации - 2023)
10.21883/PJTF.2023.18.56171.19629

5. К. Т. Чан, *, А. С. Дмитриев, П. Г. Макаров, И. А. Михайлова ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИСПАРЕНИЯ КАПЕЛЬ НАНОЖИДКОСТЕЙ НА ПОДЛОЖКЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. КОЛЛОИДНЫЙ ЖУРНАЛ, 2023, том 85, № 6, с. 837–848, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИСПАРЕНИЯ КАПЕЛЬ НАНОЖИДКОСТЕЙ НА ПОДЛОЖКЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. КОЛЛОИДНЫЙ ЖУРНАЛ, 2023, том 85, № 6, с. 837–848 (год публикации - 2023)
10.31857/S0023291223600761

6. Чан Куок Тхинь, А.С. Дмитриев Объемный нагрев и поверхностное испарение наножидкостей под воздействием солнечного излучения Вестник МЭИ. 2023. No 6. С. 110—119., Чан Куок Тхинь, Дмитриев А.С. Объемный нагрев и поверхностное испарение наножидкостей под воздействием солнечного излучения // Вестник МЭИ. 2023. No 6. с.110—119. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-6-110-119. (год публикации - 2023)
10.24160/1993-6982-2023-6-110-119

7. Макаров П.Г., Дмитриев А.С., Артамонов А.В., Дроздов А.П. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ КАПЕЛЬ ПРИ ЭФФЕКТЕ ЛЕЙДЕНФРОСТА НА СИЛЬНО ПЕРЕГРЕТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУНАХ Макаров П.Г., Дмитриев А.С., Артамонов А.В., Дроздов А.П. Экспериментальное исследование движения капель при эффекте Лейденфроста на сильно перегретых металлических струнах // Тепловые процессы в технике. 2023. Т. 15. No 10. С. 468–478., Макаров П.Г., Дмитриев А.С., Артамонов А.В., Дроздов А.П. Экспериментальное исследование движения капель при эффекте Лейденфроста на сильно перегретых металлических струнах // Тепловые процессы в технике. 2023. Т. 15. No 10. С. 468–478. (год публикации - 2023)

8. А.С.Дмитриев, А.В.Клименко Two-dimensional materials in energy technologies: thermophysical aspects E3S Web of Conferences 459, 08002 (2023) XXXIX Siberian Thermophysical Seminar, https://doi.org/10.1051/e3sconf/202345908002, A.S. Dmitriev, A.V. Klimenko. Two-dimensional materials in energy technologies: thermophysical aspects // E3S Web of Conferences 459, 08002 (2023), XXXIX Siberian Thermophysical Seminar (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202345908002

9. Чан К.Т., Дмитриев А.С. Об эффективности конверсии солнечного излучения в пар, получения чистой воды и генерации электрической энергии// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. - М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. - с. 966 Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. - М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. - 1342 с., Чан К.Т., Дмитриев А.С. Об эффективности конверсии солнечного излучения в пар, получения чистой воды и генерации электрической энергии // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. - М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. - с. 966 (год публикации - 2024)
-

10. Чан К.Т., Дмитриев А.С. Влияние магнитного поля на оптические свойства и процессы нагрева и испарения графеновой наножидкости// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. - с. 967 Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. – 1342 с. , Чан К.Т., Дмитриев А.С. Влияние магнитного поля на оптические свойства и процессы нагрева и испарения графеновой наножидкости // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. - с. 967 (год публикации - 2024)
-

11. Чан К.Т., Дмитриев А.С. Испарение капель наножидкостей под воздействием солнечного излучения //Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. – с.968 Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. – 1342 с., Чан К.Т., Дмитриев А.С. Испарение капель наножидкостей под воздействием солнечного излучения //Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. – с.968 (год публикации - 2024)
-

12. Никонов И.С., Чан К.Т., Дмитриев А.С. Испарение графенсодержащих капель при взаимодействии с солнечным излучением //Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. – с.969 Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. – 1342 с., Никонов И.С., Чан К.Т., Дмитриев А.С. Испарение графенсодержащих капель при взаимодействии с солнечным излучением //Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. – с.969 (год публикации - 2024)
-

13. Николаев А.С., Дмитриев А.С. Динамика испарения и смачивания регулярного ансамбля капель наноколлоида TiO2 //Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. – с.970 Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. – 1342 с., иколаев А.С., Дмитриев А.С. Динамика испарения и смачивания регулярного ансамбля капель наноколлоида TiO2 //Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. – с. 970 (год публикации - 2024)
-

14. Артамонов А.В., Дмитриев А.С. Разработка методики формирования графеновых и графенсодержащих пленок //Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. – с. 972 Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. – 1342 с., Артамонов А.В., Дмитриев А.С. Разработка методики формирования графеновых и графенсодержащих пленок //Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тридцатая междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (29 февраля - 2 марта 2024 г., Москва): Тез. докл. – М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2024. – с. 972 (год публикации - 2024)
-

15. Дмитриев А.С., Жуков А.А., Михайлова И.А. Dmitriev, A.S., Zhukov, A.A., Mikhailova, I.A. Comparative Analysis of the Efficient Energy Supply of Microrobots Based on Graphene Phase-Change Materials. Nanobiotechnology Reports,2023, Vol. 18, No. 6, pp. 916–926. https://doi.org/10.1134/S2635167623600657 Nanobiotechnology Reports, 2023, Vol. 18, No. 6 Publisher: Pleiades Publishing, Ltd. http://springer.com/journal/12201, Dmitriev, A.S.; Zhukov, A.A.; Mikhailova, I.A. 2023: Comparative Analysis of the Efficient Energy Supply of Microrobots Based on Graphene Phase-Change Materials. ISSN 2635-1676, Nanobiotechnology Reports, 2023, Vol. 18, No. 6, pp. 916–926. © Pleiades Publishing, Ltd., 2023. (год публикации - 2023)
10.1134/S2635167623600657

16. Чан К.Т., Дмитриев А.С., Михайлова И.А. Quoc Thinh Tran, Alexander Dmitriev, Inna Mikhailova. Efficiency of Heating and Evaporation of Graphene Nanofluid under Solar Radiation //10th International Conference on Environment and Renewable Energy (ICERE 2024) Feb 25-Feb 27, 2024, Nha Trang, Vietnam, E3S Web of Conferences 514, 03005 (2024) ICERE 2024. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202451403005 E3S Web of Conferences, Volume 514 (April 11 2024) 10th International Conference on Environment and Renewable Energy (ICERE 2024) Nha Trang, Vietnam, February 25-27, 2024. P.-C. Chiang (Ed.) Code 199126, Quoc Thinh Tran, Alexander Dmitriev, Inna Mikhailova.Efficiency of Heating and Evaporation of Graphene Nanofluid under Solar Radiation //10th International Conference on Environment and Renewable Energy (ICERE 2024) Feb 25-Feb 27, 2024 Nha Trang, Vietnam, E3S Web of Conferences 514, 03005 (2024) ICERE 2024. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202451403005. © The Authors, published by EDP Sciences. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). (год публикации - 2024)
10.1051/e3sconf/202451403005

17. Чан К.Т., Дмитриев А.С., Михайлова И.А. Quoc Thinh Tran, Alexander Dmitriev, Inna Mikhailova. On the Efficiency of Solar Radiation Conversion into Steam, Production of Clean Water, and Generation of Electrical Energy//10th International Conference on Environment and Renewable Energy (ICERE 2024) Feb 25-Feb 27, 2024 Nha Trang, Vietnam, E3S Web of Conferences 514, 03002 (2024) ICERE 2024. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202451403005. E3S Web of Conferences, Volume 514 (April 11 2024) 10th International Conference on Environment and Renewable Energy (ICERE 2024) Nha Trang, Vietnam, February 25-27, 2024. P.-C. Chiang (Ed.) Code 199126, Quoc Thinh Tran, Alexander Dmitriev, Inna Mikhailova. On the Efficiency of Solar Radiation Conversion into Steam, Production of Clean Water, and Generation of Electrical Energy//10th International Conference on Environment and Renewable Energy (ICERE 2024) Feb 25-Feb 27, 2024 Nha Trang, Vietnam, E3S Web of Conferences 514, 03002 (2024) ICERE 2024. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202451403005. © The Authors, published by EDP Sciences. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) (год публикации - 2024)
10.1051/e3sconf/202451403005

18. Николаев А.С., Михайлова И.А. Николаев А.С., Михайлова И.А. Коллективные эффекты испарения массивов капель с фиксированным межкапельным расстоянием// Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ-2024). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– с. 206-207 Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– 460 с., Николаев А.С., Михайлова И.А. Коллективные эффекты испарения массивов капель с фиксированным межкапельным расстоянием // Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ-2024). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– с. 206-207. (год публикации - 2024)

19. Чан К.Т., Михайлова И.А., Макаров П.Г. Чан К.Т., Михайлова И.А., Макаров П.Г. Объемный нагрев графеновых. наножидкостей и испарение с поверхности графеновых структур за счет теплового излучения // Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ-2024). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– с. 236-237. Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– 460 с., Чан К.Т., Михайлова И.А., Макаров П.Г. Объемный нагрев графеновых. наножидкостей и испарение с поверхности графеновых структур за счет теплового излучения // Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ-2024). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– с. 236-237. © Коллектив авторов, 2024 © Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2024 (год публикации - 2024)

20. Журавлев С.С., Макаров П.Г., Михайлова И.А. Журавлев С.С., Макаров П.Г., Михайлова И.А. Методы анализа и оптимизации интерфейсов для повышения эффективности термоменеджмента // Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ-2024). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– с. 238-239. Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– 460 с., Журавлев С.С., Макаров П.Г., Михайлова И.А. Методы анализа и оптимизации интерфейсов для повышения эффективности термоменеджмента // Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ-2024). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– с. 238-239. © Коллектив авторов, 2024 © Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2024 (год публикации - 2024)

21. Артамонов А.В., Макаров П.Г., Михайлова И.А. Артамонов А.В., Макаров П.Г., Михайлова И.А. Разработка методики формирования графеновых и графенсодержащих пленок // Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ-2024). Москва, 21–25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– с. 327-328. Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– 460 с., Артамонов А.В., Макаров П.Г., Михайлова И.А. Разработка методики формирования графеновых и графенсодержащих пленок // Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ-2024). Москва, 21–25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– с. 327-328. © Коллектив авторов, 2024 © Националный исследовательский университет «МЭИ», 2024 (год публикации - 2024)

22. Чан К.Т., Михайлова И.А., Макаров П.Г. Чан К.Т., Михайлова И.А., Макаров П.Г. Перспективность применения графеновой наножидкости в солнечных коллекторах прямого поглощения ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА (год публикации - 2024)

23. Воробьев Д.В., Макаров П.Г., Михайлова И.А. Воробьев Д.В. , Макаров П.Г. , Михайлова И.А. Оптимизация энергопотребления термоэлектрических модулей путем интенсификации теплообмена с помощью спрейного охлаждения// Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– с. 196-197. Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– 460 с., Воробьев Д.В. , Макаров П.Г. , Михайлова И.А. Оптимизация энергопотребления термоэлектрических модулей путем интенсификации теплообмена с помощью спрейного охлаждения// Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– с. 196-197. © Коллектив авторов, 2024 © Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2024 (год публикации - 2024)

24. Макаров П.Г., Дроздов А.П. Макаров П.Г., Дроздов А.П. Эффект Лейденфроста как фактор формирования объемных мезопористых структур // Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– с. 166-167 Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– 460 с., Макаров П.Г., Дроздов А.П. Эффект Лейденфроста как фактор формирования объемных мезопористых структур // Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (СПТЭ). Москва, 21-25 октября 2024 г. – М.: Издательство МЭИ, 2024.– с. 166-167. © Коллектив авторов, 2024 © Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2024 (год публикации - 2024)

25. Чан К.Т., Дмитриев А.С., Михайлова И.А., Макаров П.Г. Чан К.Т., Дмитриев А.С., Михайлова И.А., Макаров П.Г. Исследование нагрева и испарения вращающейся графеновой наножидкости под действием солнечного излучения // ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА, 2024, №5, с.87-100. DOI: 10.56304/S0040363624050047 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА Thermal Engineering https://link.springer.com/article/10.1134/S0040601524050045, Чан К.Т., Дмитриев А.С., Михайлова И.А., Макаров П.Г. Исследование нагрева и испарения вращающейся графеновой наножидкости под действием солнечного излучения // ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА, 2024, №5, с.87-100. DOI: 10.56304/S0040363624050047 Chan, K.T., Dmitriev, A.S., Mikhailova, I.A., Makarov P. G. Study of Heating and Evaporation of Rotating Graphene Nanofluid under the Influence of Solar Radiation. Therm. Eng. 71, 452–464 (2024). https://doi.org/10.1134/S0040601524050045 (год публикации - 2024)
10.56304/S0040363624050047

26. Чан К.Т., Михайлова И.А., Михайлов В.В., Макаров П.Г. Q.T. Tran, I.A. Mikhailova, V.V. Mikhailov , P.G. Makarov. Influence of the spectral composition of solar radiation on the heating and evaporation processes of graphene nanofluids // Solar Energy 282 (2024) 112977 https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112977 Solar Energy 282 (2024) 112977 Publisher Elsevier Ltd journal homepage: www.elsevier.com/locate/solener, Q.T. Tran, I.A. Mikhailova, V.V. Mikhailov , P.G. Makarov. Influence of the spectral composition of solar radiation on the heating and evaporation processes of graphene nanofluids // Solar Energy 282 (2024) 112977 https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112977 (год публикации - 2024)
10.1016/j.solener.2024.112977

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 г. основное внимание было уделено изучению гидродинамики и тепломассообмена при контактном и излучательном нагреве графен-содержащих рабочих жидкостей большого объема, а также при движении в микро- и мезоскопических каналах. Полученные результаты актуальны для областей парогенерации и опреснения воды, термостабилизации электронных устройств, получения новых теплопроводящих материалов повышенной пористости. Все описанные ниже результаты получены на вновь разработанных и созданных исследовательских стендах. - Проанализирован процесс образования пористых сферических структур в результате пленочного кипения капель коллоидных растворов хлопьев графена и соли на перегретых поверхностях неоднородного рельефа и морфологии. Увеличение концентрации графена в коллоидном растворе с 3 до 7% вызывает рост пористости частиц с 81 до 91% и с 58 до 88% в зависимости от морфологии нагревателя, размер и объем при этом также увеличиваются. - Разработанная система испарения с поверхностью из пористой графеновой пасты способна преобразовывать всю поглощаемую солнечную энергию для выработки пара, при этом скорость испарения составляет 0,61 кг/м2⋅ч при максимальной солнечной радиации 290 Вт/м2, а температура поверхности испарения при этом практически не меняется (https://www.rscf.ru/news/release/grafen-uprostit-poluchenie-chistoy-vody/). - Разработанная модель испарения подобных систем показала хорошее согласование с экспериментальными результатами. В частности, для схемы с равномерно распределенной по объему жидкости графеновой засыпкой уменьшение высоты слоя воды над слоем графена, являющееся ключевым параметром, вызывает повышение температуры поверхности испарения и, следовательно, улучшение производительности выработки пара. - Впервые исследовано влияние спектральных характеристик солнечного излучения (монохроматические излучения 450, 520, 638, 808 нм и инфракрасное излучение среднего и дальнего диапазона) на процесс нагрева графеновой наножидкости. Результаты показали, что сочетание воды с графеновыми хлопьями является хорошей рабочей жидкостью со способностью широкополосного поглощения для прямого преобразования солнечного излучения в тепловую энергию. Получено, что графеновая наножидкость хорошо нагревалась под действием лазеров с длинами волн 520 и 808 нм за счет вклада наночастиц. В диапазоне длин волн от 1.85 до 8.90 мкм основным поглотителем является дистиллированная вода, а графеновые нанохлопья вносят вклад только в повышение теплопроводности раствора. При этом наножидкость алмаза не поглощает излучение видимого диапазона и слабо нагревалась при взаимодействии с инфракрасным излучением. Интенсивный нагрев наножидкости алмаза и дистиллированной воды возник при применении закрытой емкости с различными конфигурациями пути прохождения луча. - Разработана модель гомогеной графеновой наножидкости, которая хорошо согласуется с экспериментальными данными. Показано, что для применения в обычных солнечных коллекторах без концентратора можно использовать графеновую наножидкость с массовой концентрацией 300 ppm. При этом эффективность фототермической конверсии солнечного излучения можно повысить при использования теплоизолированной прозрачной поверхности (путем применения конструкции трубы в трубе с вакуумированием для теплоизоляции). При применении в солнечных системах с концентраторами необходимо использовать графеновую наножидкость с концентрацией выше 300 ppm или применить дополнительную поглощающую поверхность. - При применении графеновой наножидкости повышение эффективности DASC наблюдалось даже при очень маленькой концентрации дисперсной фазы. По мере увеличения концентрации графеновых хлопьев эффективность коллектора возрастала и достигала максимального значения (около 50%) при концентрации 50 ppm, а затем падала. При концентрации 100 ppm эффективность коллектора с GNF почти не отличалась от таковой для коллектора с дистиллированной водой (примерно 43%). Причиной такого явления является интенсивный процесс коагуляции и накопления графеновых хлопьев в системе, который создает дополнительное термическое сопротивление для теплоотдачи от стенок трубок к жидкости. При применении наножидкости алмаза наблюдалось повышение эффективности коллектора (на 12%) по мере увеличения концентрации наночастиц (с 0 до 500 ppm). Эффективность коллектора почти не изменилась при повышении скорости течения жидкости при ламинарном течении (Re=365÷635). С учетом затраченной мощности насоса эффективность установки уменьшала примерно на 3% при увеличении скорости течения от 0.078 до 0.136 м/с. С уменьшением длины коллектора и температуры рабочей жидкости на входе эффективность DASC растет. - Изучено влияние концентрации дисперсной фазы на теплопроводность термоинтерфейсов на основе силиконового масла. Для концентраций от 25 до 45 мас.% Al2O3 теплопроводности растет от 0,36 Вт/(м*К) до 0,63 Вт/(м*К), соответственно, что сходится с расчетом по модели Максвелла для случая нулевого граничного термосопротивления. - Измерено электросопротивление тонких графеновых пленок, полученных по двум вариантам электрохимического осаждения. Металлизированные пленки показали сопротивление 0,03 Ом, вспененный графен показал в тысячу раз большее сопротивление 30 Ом. Все решенные авторским коллективом задачи в рамках работ по проекту 2024 г. полностью оригинальны. Для ряда разработанных и полученных в проекте коллоидных наножидкостей (как нового перспективного класса теплоносителей и рабочих жидкостей в энергетике) ранее не исследовались теплофизические и гидродинамические свойства. Все перечисленные исследования отвечают передовым направлениям разработок мирового уровня и являются перспективными для использования в системах солнечной теплоэнергетики, в том числе на основе паровой генерации. Помимо исполнителей проекта, в нем принимали участие студенты-бакалавры и магистры, выполняя дипломные работы по темам, близким к теме проекта. Их презентации, выступления на семинарах и конференциях всегда привлекали внимание студентов других курсов и аспирантов.

Публикации