1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы   Интенсификация теплоотдачи при кипении рабочих жидкостей на тепловыделяющих поверхностях является одной из ключевых задач при разработке компактных и высоконагруженных теплообменных аппаратов и систем охлаждения. Особый интерес представляют микроструктурированные поверхности, способные увеличивать плотность активных центров парообразования и повышать критический тепловой поток. В последние годы активно исследуются поверхности с различным микрорельефом, включая структуры, формируемые методом деформирующего резания [1, 2]. Этот метод позволяет значительно увеличивать площадь теплообмена и создавать полуоткрытые подповерхностные поры, которые эффективно функционируют в режиме кипения. Повышение эффективности достигается за счёт комбинирования предварительного оребрения и последующей пластической обработки поверхности обкатыванием накатным роликом [3, 4], что приводит к формированию пористого микрорельефа с частично перекрытыми подповерхностными полостями. Получение заданных геометрических параметров теплообменной структуры осуществляется подбором технологических параметров накатки в ходе экспериментальных апробаций. Данный подход требует значительных материальных и временных затрат для получения заданных подповерхностных структур. Альтернативным вариантом является использование современных CAE-систем моделирования технологических процессов, основанных на методе конечных элементов [5]. Для оценки достоверности результатов моделирования необходима сравнительная количественная оценка результатов моделирования и реально получаемого макрорельефа.  Ранее были проведены работы по CAE‑моделированию формирования оребрения [6], включая сравнительные исследования с использованием DEFORM‑3D и других программных комплексов [7]. Тем не менее, систематические данные о применении этих методов именно для формирования микроструктурированных поверхностей кипения на медных трубах с предварительно сформированным оребрением, а также о сопоставлении расчётной геометрии с экспериментальными результатами, практически отсутствуют. В связи с этим настоящая работа посвящена конечно-элементному моделированию процесса формирования микроструктурированных поверхностей кипения методом обкатывания накатным роликом по оребрённым медным трубам. Основная цель исследования заключается в оценке точности воспроизведения геометрических параметров макрорельефа и проверке применимости численного моделирования для прогнозирования формы поверхностей, предназначенных для интенсификации теплоотдачи при кипении различных жидкостей.   2 Материалы и методы   Проверка адекватности полученных моделированием геометрических параметров поверхностей кипения проводилась их сравнением с реально полученной поверхностью на образце [3]. Этапы при моделировании были следующие: проектирование геометрии накатного ролика и заготовки, расположение созданных объектов в пространстве относительно друг друга, выбор инструментального материала и материала заготовки, выбор режимов накатывания (величина заглубления ролика, обороты шпинделя). Моделировался процесс накатывания при обработке чистой меди. В качестве референсов для 3D-моделей были взяты реально полученное оребрение и реальный профиль накатного ролика. На рис. 1 представлено профилирование зуба накатного ролика по фото. Его диаметр – 19,05 мм. На рис. 2 представлено профилирование ребра из эксперимента [3] по фотографии. Шаг ребра – 0,1 мм. Восстановленная по микрофотографиям высота ребра составила 205 мкм, что согласуется с номинальным значением 220 мкм, указанным авторами. Для уменьшения машинного времени в симуляции использована не полноразмерная заготовка, а только ее участок, непосредственно участвующий в процессе деформирования накатным роликом.     Рисунок 1 – Профилирование зуба накатного ролика   Рисунок 2 – Профилирование ребра   Накатка моделировалась как абсолютно твердое тело. Заготовка – как деформируемое. Фиксация заготовки осуществлялась по плоскости, представленной на рис. 3. Все движения были рассмотрены относительно заготовки, следовательно, движение накатного ролика было задано двумя вращениями: вокруг оси заготовки Z1 и вокруг своей оси Z2. Зацепление ролика с заготовкой было рассмотрено как взаимное вращение двух дисков без проскальзывания. На рис. 4 представлена общая схема, где показаны начальные положения инструмента и заготовки, а также движения ролика, где ω1 равна числу оборотов шпинделя в минуту, а ω2 рассчитывается исходя из равенства линейных скоростей заготовки и ролика в точке контакта. Число оборотов шпинделя в минуту – 50 об/мин. Заглубление накатного ролика – 0,08 мм. Ось ролика расположена параллельно оси заготовки. Продольная подача не учитывалась. В процессе моделирования использование смазочно-охлаждающих жидкостей не предусматривалось. Коэффициент трения между накатным роликом и заготовкой принимался равным 0,4. Это значение является средним, если сравнивать с источниками [7, 8]. Было принято решение взять коэффициент меньше 0,5, так как в источнике [7] рассматривалось резание, где коэффициент будет больше за счет более химически активных вновь образовывающихся ювенильных поверхностей. Размер конечных элементов в сетке принят в диапазоне от 0,006 мм до 0,012 мм.   Рисунок 3 – Фиксация заготовки   Рисунок 4 – Схема движения накатного ролика   В дальнейшем было произведено сравнение полученной геометрии микроструктурированной поверхности со шлифом по дну впадины, полученным в результате эксперимента [3].   3 Результаты исследований   В результате сравнения полученной расчетной геометрии и экспериментальных данных выявлено максимальное расхождение по геометрическим параметрам в 4 %. На рисунках 5, 6 и 7 показано сравнение полученной 3D модели с фотографиями. В табл. 1 представлены измеренные величины.   Таблица 1 – Сравнение полученных величин Величина Эксперимент, мкм DEFORM-3D, мкм Расхождение, % Глубина впадины 134 134 0 Ширина ребра на высоте 67 мкм 72 75 +4 Шаг ребра 100 100 0     Рисунок 5 – сечение по дну впадины, сравнение профилей (схематично) а                                       б а – DEFORM-3D; б - фотография Рисунок 6 – Вид, параллельный осевой плоскости а б в         а – DEFORM-3D; б – наложение профиля из DEFORM-3D на фотографию; в – фотография Рисунок 7 – Сечение по дну впадины, сравнение профилей по микрофотографии   4 Обсуждение и заключение   Полученные результаты показали, что использование программного комплекса DEFORM-3D позволяет корректно воспроизводить основные закономерности пластического течения материала и формирование микрогеометрии рельефа при заданных технологических параметрах обработки. Сопоставление расчётных данных с экспериментальными наблюдениями свидетельствует о качественном соответствии моделируемой и реальной геометрии поверхности, что подтверждает адекватность выбранной модели и корректность принятых допущений. Таким образом, показано, что конечно-элементное моделирование в DEFORM-3D является эффективным и достоверным инструментом для анализа и прогнозирования процесса формирования микроструктурированных поверхностей кипения и может быть использовано на этапе инженерного проектирования теплообменных поверхностей без необходимости выполнения большого объёма трудоёмких экспериментальных исследований.