Україна, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського».

У зв'язку з постійним збільшенням щільності упаковки електронного обладнання, яка одночасно є і критерієм мініатюризації, стають все більш нагальними і складними проблеми, пов'язані з підтриманням температурного режиму і охолодженням напівпровідникових пристроїв. Системи охолодження, які використовувалися впродовж десятиліть, вже не можуть задовольнити нові вимоги до термостабілізації і підтримки температури в заданому діапазоні, що потребує все більш комплексного підходу до їхнього вирішення. Крім цього, системи охолодження електронного устаткування зазвичай проектуються під конкретне технічне рішення, і в таких випадках відсутня можливість змінювати геометричні параметри (дизайн системи) в широкому діапазоні. З цієї причини для підвищення ефективності роботи систем охолодження мало не єдино можливим варіантом є поліпшення теплофізичних властивостей теплоносія. Саме з такою метою проводиться заміна звичайного теплоносія (вода, етанол, метанол і ін.) на нанорідину.
У даній роботі експериментально досліджені теплопередавальні характеристики, такі як термічний опір та максимальний тепловий потік, двофазних мініатюрних термосифонів при використанні нанорідини як теплоносія. Дослідження проводилися з трьома видами нанорідини на основі води: з вуглецевими нанотрубками, наночастками синтетичного алмазу і аморфного вуглецю. Загальна довжина термосифона становила 700 мм, внутрішній діаметр 5 мм. Було показано, що теплопередавальні характеристики термосифонів з нанорідиною значно кращі за показники термосифонів, заправлених водою. Досліджено також вплив коефіцієнта заповнення на теплопередавальні характеристики термосифонів. Отримані результати показали перспективність використання нанорідини як теплоносія для мініатюрних термосифонів.

Ключові слова: мініатюрний термосифон, термічний опір, коефіцієнт заповнення, нанорідина, тепловий потік.

1. Tawfik M. M. Experimental studies of nanofluid thermal conductivity enhancement and applications: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, vol. 75, pp. 1239-1253. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.111
2. Chandrasekar M., Suresh S., Senthilkumar T. Mechanisms proposed through experimental investigations on thermophysical properties and forced convective heat transfer characteristics of various nanofluids. A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012, vol. 16, pp. 3917-3938. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.03.013
3. Ghadimi A., Saidur R., Metselaar H. A review of nanofluid stability properties and characterization in stationary conditions.Int. J. Heat Mass Transfer, 2011, vol. 54, pp. 4051-4068. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.04.014
4. Mahbubul I.M. Preparation, Characterization, Properties and Application of Nanofluid. Norwich, New York, William Andrew, 2019, 350 p.
5. Terekhov V.I., Kalinina S.V., Lemanov V.V. [The mechanism of heat transfer in nanofluids: current state of the problem (review). Part 1. Synthesis and properties of nanofluids]. Teplofizika i aeromekhanika, 2010, vol.17, no. 2, pp. 173-188. (Rus)
6. Liu Z. H., Yang X. F., Guo G. L. Effect of nanoparticles in nanofluid on thermal performance in a miniature thermosyphon. Journal of Applied Physics, 2007, vol. 102, pp. 1-9. https://doi.org/10.1063/1.2748348
7. Liu Z. H., Yang X. F., Guo G. L. Influence of carbon nanotube suspension on the thermal performance of a miniature thermosyphon. Int. J. Heat Mass Transfer, 2010, vol. 53, pp. 1914-1920. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.12.065
8. Naphon P., Assadamongkol P., Borirak T. Experimental investigation of titanium nanofluids on the heat pipe thermal efficiency. INT COMMUN HEAT MASS, 2008, vol. 35, pp. 1316-1319. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2008.07.010
9. Naphon P., Thongkum D., Assadamongkol P. Heat pipe efficiency enhancement with refrigerant-nanoparticles mixtures. Energy Conversion and Management, 2009, vol. 50, pp. 772-776. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2008.09.045
10. Noie S.H., Heris S. Z., Kahani M., Nowee S.M. Heat transfer enhancement using Al2O3/water nanofluid in a two-phase closed thermosyphon. Int. J. of Heat and Fluid Flow, 2009, vol. 30, pp. 700-705.
11. Parametthanuwat T., Rittidech S., Pattiya A. A. Correlation to predict heat-transfer rates of a two-phase closed thermosyphon (TPCT) using silver nanofluid at normal operating conditions. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2010, vol. 53, pp. 4960-4965. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2009.03.001
12. Paramatthanuwat T., Boothaisong S., Rittidech S., Booddachan K. Heat transfer characteristics of a two-phase closed thermosyphon using de ionized water mixed with silver nano. Heat Mass Transfer, 2010, vol. 46, pp. 281-285. https://doi.org/10.1007/s00231-009-0565-y
13. Huminic G., Huminic A., Morjan I., Dumitrache F. Experimental study of the thermal performance of thermosyphon heat pipe using iron oxide nanoparticles. Int. J. Heat Mass Transfer, 2011, vol. 54, pp. 656-661. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.09.005
14. Huminic G., Huminic A. Heat transfer characteristics of a two-phase closed thermosyphons using nanofluids. Experimental Thermal and Fluid Science, 2011, vol. 35, pp. 550-557. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2010.12.009
15. Xue H. S., Fan J. R., Hu Y. C., Hong R. H., Cen K. F. The interface effect of carbon nanotube suspension on the thermal performance of a two-phase closed thermosyphon. Journal of Applied Physics, 2006, vol. 100, pp. 1-6. https://doi.org/10.1063/1.2357705
16. Khandekar S., Joshi Y. M., Mehta B. Thermal performance of closed two-phase thermosyphon using nanofluids. International Journal of Thermal Sciences, 2008, vol. 47, pp. 659-667. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2007.06.005
17. Kravets V. Yu., Nekrashevich Ya. V., Goncharova A. P. [Investigation of thermal resistance of miniature heat pipes]. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2011, vol. 1, no. 9, iss. 49, pp. 55-60. (Ukr)
18. Kravets V.Yu. [Heat exchange in miniature evaporation-condensation cooling systems] Ph.D. thesis abstract, NTUU "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Кyiv, 2016, 41 p. (Ukr)