微結構表面池沸騰換熱特性實驗研究.pdf

1、沸騰換熱機理復雜，影響因素眾多，尤其換熱表面特性對換熱性能有重要影響，所以改變換熱表面結構已成為當前沸騰換熱研究的熱點，本文主要通過實驗方法研究微槽道結構表面及腐蝕微結構表面池沸騰換熱特性。根據(jù)本研究實驗目的設計了誤差小，實驗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，實驗測試光滑表面、微槽道結構表面及腐蝕微結構表面的池沸騰換熱特性；結合表面結構，深入分析不同結構表面換熱特性，氣泡動態(tài)變化，成核機理。本文的主要內容及研究成果總結

2、如下：
　?。?）結合實驗現(xiàn)象分析氣泡在槽道表面的成核機理，發(fā)現(xiàn)氣泡在槽道底面產(chǎn)生，隨后運動至槽道頂面，并在此生長變大，最后脫離表面，因為槽道結構表面浸沒于沸騰工質中，大量蒸汽產(chǎn)生并不會使槽道干涸，相反，使得沸騰工質能夠在槽道內快速流通，如此，供給液體到達表面成核位點，并且在汽液交界面處蒸發(fā)，這樣就不會產(chǎn)生大幅度的局部過熱區(qū)域。沸騰工質在槽道內的流動使得換熱系數(shù)提高，換熱性能大幅度提升，這一換熱機理有助于推遲沸騰達到臨界熱流密度點

3、的條件。
　?。?）分析槽道結構表面沸騰換熱特性，并與光滑表面進行比較，發(fā)現(xiàn)：在相同的壁面過熱度條件下，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，在相同過熱度條件下，q基本上會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，隨著槽道寬度的增加而減小。而對于適中槽道深度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；而槽寬對熱流密度的影響則是槽寬較小0.3mm、0.5mm時，熱流密度值并不會受槽道深度的影響而呈規(guī)律性變化；當槽寬0.7mm時，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，所以槽道尺寸對表面換熱系數(shù)的

5、影響有相似結論。
　?。?）相同壁面過熱度條件下，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，而是隨著壁面過熱度的增加，略有增大，所測數(shù)據(jù)中，槽道表面的最大脫離直徑為1.74mm，最小為1.31mm，遠小于光滑表面氣泡脫離直徑。
　?。?）氣泡脫離頻率和成核點數(shù)隨著壁面過熱度的增加而增加；微結構表面的核態(tài)沸騰起泡點所需壁面過熱度低于光滑表面；隨著槽道寬度或者深

6、度的增加，氣泡成核點密度均減?。划敳鄣缹挾葹?.7mm或槽道深度為1.0mm維持不變時，氣泡脫離頻率隨槽深或者槽寬增大而減小。
　?。?）腐蝕微結構表面中，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；在相同的過熱度條件下，腐蝕微結構表面的熱流密度比光滑表面高很多，熱流