表面改性傳熱面池內(nèi)沸騰和噴流沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)和理論研究.pdf

1、冷卻問題已經(jīng)成為鋼鐵工業(yè)、核工程、微電子設(shè)備以及熱能控制過程中的關(guān)鍵問題。沸騰傳熱是解決該問題最為有效的方式。在沸騰過程中最重要的兩個參數(shù)是沸騰換熱系數(shù)(HTC)和臨界熱流密度(CHF)。前者決定了系統(tǒng)的換熱效率，后者決定了系統(tǒng)的最大散熱功率和安全限制。因此，在實(shí)際應(yīng)用中的換熱設(shè)備和系統(tǒng)都希望同時具有較高的HTC和CHF來保證設(shè)備高效安全的運(yùn)行。為了研究實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的技術(shù)手段，本文圍繞表面改性傳熱面對于池內(nèi)飽和核態(tài)沸騰及噴流沸騰HTC和C

2、HF的影響，開展了以下實(shí)驗(yàn)和理論研究。
　　采用不同的表面改性方法，制備不同的表面改性傳熱面來獨(dú)立地控制表面納米尺度粗糙度(Ra)，固液接觸角(CA)和有效換熱面積比(r：實(shí)際換熱面積和投影面積之比)。使用表面改性傳熱面進(jìn)行了池內(nèi)核態(tài)沸騰傳熱特性實(shí)驗(yàn)，同時對氣泡動力學(xué)進(jìn)行了可視化研究。研究和總結(jié)了各種表面特性對于池內(nèi)沸騰HTC的定性定量影響及其影響機(jī)理。
　　提出了考慮各種表面特性影響的半理論池內(nèi)核態(tài)沸騰換熱HTC模型。建立

3、了封閉的數(shù)學(xué)模型，通過圖解法獲得了含有固液接觸角θ，表面粗糙度Ra，加熱面材料影響參數(shù)γ的加熱面綜合影響參數(shù)Cs的簡單函數(shù)表達(dá)式。在國際上首次提出能夠包含傳熱面特性的具有統(tǒng)一形式的一般平坦傳熱面上核態(tài)池內(nèi)沸騰HTC預(yù)示公式，可適用于不同壓力、不同液體和各類加熱面組合工況下的平坦表面飽和池內(nèi)沸騰換熱預(yù)測。
　　對用于平坦表面(不含r影響)的HTC預(yù)示公式進(jìn)行了進(jìn)一步擴(kuò)展，得到了能夠包含表面凸起型微納米結(jié)構(gòu)影響(包含 r影響)的HTC

4、預(yù)測式，傳熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了考慮表面微納米結(jié)構(gòu)影響的HTC擴(kuò)展預(yù)示公式的合理性。
　　建立了針對過冷噴流沸騰的CHF理論，推導(dǎo)了半理論關(guān)系式。對平坦改性傳熱面上圓柱型高速噴流沸騰換熱特性，特別是CHF特性進(jìn)行了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究。在高速噴流條件下，在寬泛的固液接觸角條件下(包括親水面和疏水面)研究整理了HTC和CHF與各參數(shù)之間的定量關(guān)系。
　　對平坦改性傳熱面和納米結(jié)構(gòu)改性傳熱面上二維滯止區(qū)內(nèi)高速噴流換熱特性進(jìn)行了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)