微細(xì)通道多孔介質(zhì)復(fù)合沸騰換熱研究.pdf

1、由于具有較高的表面換熱系數(shù)和熱流密度，沸騰換熱技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和高新技術(shù)領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用價值。而泡沫金屬因其高孔隙率、復(fù)雜的三維網(wǎng)狀互通結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是極具研究價值的強化沸騰換熱結(jié)構(gòu)。本文創(chuàng)新性地提出一種微細(xì)通道多孔介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行了科學(xué)合理的可視化沸騰換熱實驗，系統(tǒng)研究了微細(xì)槽道幾何參數(shù)對其表面強化沸騰換熱特性的影響規(guī)律，獲得了其表面強化換熱作用機(jī)理，并采用可視化技術(shù)分析了其汽泡運動行為。具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
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2、)在實驗測試范圍內(nèi)，微細(xì)通道多孔介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)表面沸騰起始過熱度最小值僅為0.5K、最大值也只有1.9K，平均沸騰起始過熱度僅為1.4K;各微細(xì)通道多孔介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)表面最大熱流密度、最大表面換熱系數(shù)均大于無槽銅泡沫表面，槽深0.9mm槽寬0.6mm表面在過熱度為18K時有復(fù)合結(jié)構(gòu)表面中的最大熱流密度3.1×106W/m2，是無槽銅泡沫表面臨界熱流密度的1.4倍，是無槽銅泡沫表面在相同過熱度時熱流密度的6.3倍，該表面有復(fù)合結(jié)構(gòu)表面中的最大

3、換熱系數(shù)1.8×105W/(m2·K)，是無槽銅泡沫表面最大換熱系數(shù)的3.3倍。微細(xì)通道多孔介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)表面更易較早進(jìn)入沸騰換熱狀態(tài)，可在較小的過熱度下達(dá)到較高的熱流密度及表面換熱系數(shù)，大幅提高了臨界熱流密度和推遲膜態(tài)沸騰，強化沸騰換熱效果顯著。
　　(2)復(fù)合結(jié)構(gòu)表面中，槽深0.9mm槽寬0.6mm表面沸騰換熱性能最優(yōu)，槽深0.9mm槽寬0.9mm表面沸騰換熱性能最差，槽深、槽寬對沸騰換熱強化效果的影響規(guī)律十分復(fù)雜，但存在普遍性

4、規(guī)律，在復(fù)合結(jié)構(gòu)強化沸騰換熱效果最佳時，隨著槽深的增加，對應(yīng)的最優(yōu)槽寬逐漸減小。改變槽深、槽寬，復(fù)合結(jié)構(gòu)中有效換熱面積、泡沫多孔結(jié)構(gòu)體積隨之改變，進(jìn)而影響汽核密度、汽泡逸出、工質(zhì)補充等情況，存在合理的槽深、槽寬，使微細(xì)通道多孔介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的沸騰換熱性能最優(yōu)。
　　(3)汽泡動力學(xué)研究結(jié)果:對汽泡動態(tài)變化的可視化研究結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)分析結(jié)果具有一致性，微細(xì)通道多孔介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)表面能夠明顯提前沸騰起始點，增加汽化核心，推遲沸騰危機(jī)點

5、，提高臨界熱流密度;復(fù)合結(jié)構(gòu)中，下層銅基微細(xì)通道為毫米級槽道，上層泡沫多孔結(jié)構(gòu)為微米級孔隙，雙尺度結(jié)構(gòu)可滿足沸騰換熱不同階段對結(jié)構(gòu)尺度的不同要求，使沸騰過程更加穩(wěn)定有序;在低熱流密度情況下，隨著過熱度的增加，各表面汽泡的躍離直徑均有增加;在相同過熱度情況下，隨著槽深、槽寬的增加，各表面汽泡的躍離直徑都略有增加，但是變化不明顯;在低熱流密度階段，隨著熱流密度增加，汽泡與外界熱交換加快，生長周期變短，可近似認(rèn)為汽泡脫離頻率隨著槽深、槽寬的增