微結(jié)構(gòu)表面池沸騰換熱特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、沸騰換熱機(jī)理復(fù)雜，影響因素眾多，尤其換熱表面特性對(duì)換熱性能有重要影響，所以改變換熱表面結(jié)構(gòu)已成為當(dāng)前沸騰換熱研究的熱點(diǎn)，本文主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法研究微槽道結(jié)構(gòu)表面及腐蝕微結(jié)構(gòu)表面池沸騰換熱特性。根據(jù)本研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)了誤差小，實(shí)驗(yàn)性能良好的可視化池沸騰換熱系統(tǒng)，并以去離子水為工質(zhì)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試光滑表面、微槽道結(jié)構(gòu)表面及腐蝕微結(jié)構(gòu)表面的池沸騰換熱特性；結(jié)合表面結(jié)構(gòu)，深入分析不同結(jié)構(gòu)表面換熱特性，氣泡動(dòng)態(tài)變化，成核機(jī)理。本文的主要內(nèi)容及研究成果總結(jié)

2、如下：
　?。?）結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析氣泡在槽道表面的成核機(jī)理，發(fā)現(xiàn)氣泡在槽道底面產(chǎn)生，隨后運(yùn)動(dòng)至槽道頂面，并在此生長(zhǎng)變大，最后脫離表面，因?yàn)椴鄣澜Y(jié)構(gòu)表面浸沒(méi)于沸騰工質(zhì)中，大量蒸汽產(chǎn)生并不會(huì)使槽道干涸，相反，使得沸騰工質(zhì)能夠在槽道內(nèi)快速流通，如此，供給液體到達(dá)表面成核位點(diǎn)，并且在汽液交界面處蒸發(fā)，這樣就不會(huì)產(chǎn)生大幅度的局部過(guò)熱區(qū)域。沸騰工質(zhì)在槽道內(nèi)的流動(dòng)使得換熱系數(shù)提高，換熱性能大幅度提升，這一換熱機(jī)理有助于推遲沸騰達(dá)到臨界熱流密度點(diǎn)

3、的條件。
　?。?）分析槽道結(jié)構(gòu)表面沸騰換熱特性，并與光滑表面進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)：在相同的壁面過(guò)熱度條件下，基本上微槽道表面的q均高于光滑表面，并且在高換熱面積比條件下，q提升更明顯；槽道表面的最大CHF為216.48 W/cm2，是光滑表面（115.95W/cm2）的1.87倍；而最小臨界熱流密度為144.97W/cm2，是光滑表面（115.95W/cm2）的1.25倍；此外，在相同過(guò)熱度條件下，q基本上會(huì)隨著槽道寬度的增加而增加，

4、但是CHF僅在較小槽道深度0.3mm時(shí)，隨著槽道寬度的增加而減小。而對(duì)于適中槽道深度0.6mm及較大槽道深度1.0mm的表面， CHF值并不隨著槽道寬度的變化而成明顯規(guī)律性變化；而槽寬對(duì)熱流密度的影響則是槽寬較小0.3mm、0.5mm時(shí)，熱流密度值并不會(huì)受槽道深度的影響而呈規(guī)律性變化；當(dāng)槽寬0.7mm時(shí)，熱流密度隨著槽道深度的增加而增加，而臨界熱流密度值隨著槽道深度的增加而減小。熱流密度受表面換熱性能的影響，所以槽道尺寸對(duì)表面換熱系數(shù)的

5、影響有相似結(jié)論。
　　（3）相同壁面過(guò)熱度條件下，隨著槽道寬度和槽道深度的增加，氣泡脫離直徑略有增加，但是變化并不明顯，氣泡脫離直徑幾乎不受槽道尺寸大小的影響，而是隨著壁面過(guò)熱度的增加，略有增大，所測(cè)數(shù)據(jù)中，槽道表面的最大脫離直徑為1.74mm，最小為1.31mm，遠(yuǎn)小于光滑表面氣泡脫離直徑。
　　（4）氣泡脫離頻率和成核點(diǎn)數(shù)隨著壁面過(guò)熱度的增加而增加；微結(jié)構(gòu)表面的核態(tài)沸騰起泡點(diǎn)所需壁面過(guò)熱度低于光滑表面；隨著槽道寬度或者深

6、度的增加，氣泡成核點(diǎn)密度均減小；當(dāng)槽道寬度為0.7mm或槽道深度為1.0mm維持不變時(shí)，氣泡脫離頻率隨槽深或者槽寬增大而減小。
　　（5）腐蝕微結(jié)構(gòu)表面中，重度腐蝕表面S的CHF值最大，是光滑表面CHF值的1.51倍，其最大表面換熱系數(shù)是光滑表面的3.67倍；而輕度腐蝕表面F臨界熱流密度依然比光滑表面的CHF高15.88％，最大表面換熱系數(shù)是光滑表面的2.41倍；在相同的過(guò)熱度條件下，腐蝕微結(jié)構(gòu)表面的熱流密度比光滑表面高很多，熱流