多尺度與改性結(jié)構(gòu)表面的沸騰傳熱特性研究.pdf

1、與單相傳熱相比，沸騰傳熱具有較高的傳熱效率和較小的傳熱溫差，被廣泛應用于核反應堆、超臨界鍋爐、大功率LED、超聲速飛行器燃燒室等高熱流密度傳熱設備和裝置中。因此如何強化沸騰傳熱已成為傳熱領域的研究重點。由于沸騰傳熱與表面的微細結(jié)構(gòu)形貌及潤濕性緊密相關，且傳統(tǒng)的單一尺度結(jié)構(gòu)表面很難解決沸騰傳熱過程中蒸汽溢出和液體補充的矛盾關系。為此，本文采用兩種方式對沸騰表面進行了處理，一是用粉末燒結(jié)的方法制備出多尺度乳突結(jié)構(gòu)表面，二是用化學的方法對光表

2、面進行改性處理。針對這些沸騰表面我們進行了沸騰傳熱性能的實驗研究，用以獲得其強化傳熱的機理和規(guī)律性。
　　首先，為獲取微納多孔材料的吸液特性，在本文中我們用粉末燒結(jié)的方法制備了微納多孔材料，并對其進行了液體爬升和吸水實驗。實驗結(jié)果表明，液體的爬升高度與時間呈指數(shù)關系，并與工質(zhì)的密度、多孔材料的滲透率和孔隙率有關。與微米級多孔材料相比，納米級的毛細吸力大，但滲透率小，液體爬升高度較低;燒結(jié)多孔材料的吸液過程是毛細吸力和滲透率協(xié)同作用

3、的結(jié)果。合理制備微納多尺度孔隙是提高多孔材料吸液能力的關鍵。
　　其次，構(gòu)建了多尺度乳突表面，在常壓下，以去離子水為工質(zhì)，對其開展了池沸騰傳熱實驗研究，研究了表面結(jié)構(gòu)、液體溫度、熱流密度以及壁面過熱度等參數(shù)對池沸騰傳熱的影響。結(jié)果表明，燒結(jié)多尺度表面能很好的協(xié)同蒸汽逸出和液體吸入對孔隙尺度的不同需求，從而顯著降低了沸騰起始點過熱度，擴展表面承載高熱流密度的能力，熱流密度可達196 W/cm2，大大提高了沸騰換熱系數(shù)，最大換熱系數(shù)約

4、為光表面的5～6倍。
　　最后，為了研究潤濕性對沸騰傳熱的影響，制備了4種潤濕性表面:超親水表面、增強型親水表面、親水表面和超疏水表面，并進行了池沸騰傳熱實驗研究。結(jié)果表明，隨著固液靜態(tài)接觸角的增加，沸騰曲線逐漸向過熱度較大的區(qū)域偏移，即傳熱效果逐漸變?nèi)?。?種潤濕性表面中，超疏水表面在沸騰起始點易于產(chǎn)生氣泡、壁面過熱度較小，傳熱性能較好，但在熱流密度較大時，傳熱性能惡化，臨界熱流密度(CHF)較低;而H2O2氧化的超親水表面由于