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化工学报 2022年第11期73卷 4948-4956页

作者：王逸然关朝阳高翔陈宏霞华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206

利用不同的改性方法对多孔泡沫铜表面进行浸润性改性处理,并制备了一系列具有不同疏水性的吸气板,系统研究了悬挂吸气板对沸腾单气泡生长、脱离阶段的影响。结果表明,不同吸气高度和吸气浸润性均对沸腾气泡动力学特性具有重要影响。当... 详细信息

利用不同的改性方法对多孔泡沫铜表面进行浸润性改性处理,并制备了一系列具有不同疏水性的吸气板,系统研究了悬挂吸气板对沸腾单气泡生长、脱离阶段的影响。结果表明,不同吸气高度和吸气浸润性均对沸腾气泡动力学特性具有重要影响。当吸气高度小于气泡最大生长高度时,吸气板可实现强制气泡脱离并有效减小气泡最大脱离直径。当吸气板表面浸润角为150°时,吸气效果最佳,最短可将脱离阶段缩短至3 ms,最大瞬时吸气速率可达5.46 mm^(3)/ms,为浸润角是100°吸气板吸气速率的3.96倍。耦合控制吸气板的吸气高度、浸润性和换热表面的微结构可共同实现对气泡生长阶段的提前干预和对脱离阶段的强制促进,真正实现沸腾动力学的全程强化。

关键词：核态沸腾吸气板气泡动力学全程强化浸润性

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吸气板调控沸腾气泡动力学强化相变换热研究

吸气板调控沸腾气泡动力学强化相变换热研究

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作者：王逸然华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

沸腾换热作为一种极其高效的换热方式,广泛运用于高效换热器、高热流密度电子器件散热以及航空航天温控系统等领域。本文从沸腾气泡动力学的物理基础出发,利用外加“吸气板”结构与不同换热表面的配合,初步探究了吸气板对沸腾气泡动力... 详细信息

沸腾换热作为一种极其高效的换热方式,广泛运用于高效换热器、高热流密度电子器件散热以及航空航天温控系统等领域。本文从沸腾气泡动力学的物理基础出发,利用外加“吸气板”结构与不同换热表面的配合,初步探究了吸气板对沸腾气泡动力学以及沸腾传热性能的调控效果。首先,搭建了单晶硅微坑表面单气泡沸腾换热系统;利用不同的浸润性改性方法制备一系列具有不同疏水性的多孔泡沫铜“吸气板”;使用高速摄像技术监测“吸气板”对单气泡沸腾动力学过程的调控作用,系统研究了悬挂吸气板对沸腾单气泡生长、脱离阶段的影响。结果表明,不同吸气高度和浸润性均对沸腾气泡动力学特性具有重要影响。当吸气高度小于气泡最大生长高度时,吸气板可实现强制气泡脱离并有效减小气泡最大脱离直径。当吸气板表面浸润角为150°时,吸气效果最佳,最短可将脱离阶段缩短至3 ms,最大瞬时吸气速率可达5.46 mm3/ms,为浸润角是100°“吸气板”吸气速率的3.96倍。耦合控制“吸气板”的吸气高度、浸润性和换热表面的微结构可共同实现对气泡生长阶段的提前干预和对脱离阶段的强制促进,真正实现沸腾动力学的全程强化。其次,搭建了金属铜表面池沸腾传热性能实验台,进一步研究了吸气板对光滑表面和强化表面饱和池沸腾传热性能的调控效果。实验结果表明,吸气板对饱和沸腾的强化调控效果主要存在于中低热流密度区域。在低热流密度区,当q≈16.09 W/cm2,光滑表面的传热调控效果增强约20%;q≈ 10.8 W/cm2时,对泡沫铜强化表面的传热调控效果增强约21%。在中热流密度区,较低的吸气板高度会限制并削弱调控效果,此削弱效果可以通过适当增大“吸气板”高度来解决。由于光滑表面粗糙度的对其核化点的影响,导致吸气板对光滑表面强化调控受到限制,h=2.83 mm,q≈32.7 W/cm2时,吸气板与光滑表面间形成的持续气膜导致传热受到一定程度的削弱;将吸气板高度增大至h=6.06 mm,时,沸腾换热系数相比于未添加吸气板工况增加至约6.25%。此外,泡沫铜强化表面可以提供较多的核化点,当q≈35.2 W/cm2时,将吸气板高度从h0=3.89 mm增大到h=6.32 mm后,吸气板调控泡沫铜强化表面沸腾换热系数相比于未添加吸气板工况由增加高度造成的强化幅度约为16.11%。同时,推测在高热流密度下使用“引气针”结构可以得到更好的强化效果。

关键词：核态沸腾吸气板气泡动力学浸润性传热性能

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