六方氮化硼納米流體池沸騰換熱特性.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展，能源消耗量急劇增加，能源短缺問(wèn)題已日愈凸顯。提高能源的利用率和轉(zhuǎn)換效率是緩解當(dāng)前能源緊缺問(wèn)題切實(shí)有效的舉措。沸騰換熱由于具有極高的換熱效率，在核電、太陽(yáng)能、低溫工程等領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用。近年來(lái)，電子電路集成度不斷提高，電子元器件功率大幅增加，電子芯片的冷卻問(wèn)題受到人們的廣泛關(guān)切。沸騰換熱具有占用空間小、換熱效率高等優(yōu)勢(shì)，為高集成度的電子器件散熱難題提供了解決途徑。本論文旨在對(duì)納米流體沸騰換熱特性，以及微納米結(jié)構(gòu)對(duì)納米流體

2、沸騰換熱性能的影響進(jìn)行研究和分析，為強(qiáng)化換熱方面的研究提供依據(jù)。主要工作及結(jié)論如下：
　　①本論文首先設(shè)計(jì)并搭建了池沸騰實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并進(jìn)行了光滑表面、微槽結(jié)構(gòu)表面、納米結(jié)構(gòu)表面以及微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)表面的六方氮化硼（h-BN）納米流體沸騰換熱實(shí)驗(yàn)。
　?、谠诠饣砻娣序v換熱特性的研究中，本文通過(guò)高速攝影儀觀察并記錄了單汽泡的成核、生長(zhǎng)、脫離等汽泡運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。發(fā)現(xiàn)汽泡在生長(zhǎng)過(guò)程中汽泡的直徑先增大再穩(wěn)定不變最后減

3、小，而高度則在汽泡脫離前一直保持增加的趨勢(shì)，在汽泡脫離后會(huì)急劇下降。根據(jù)直徑和高度的變化將汽泡的生長(zhǎng)周期分為動(dòng)力控制階段、熱量傳輸控制階段、縱向拉伸階段和脫離形變階段。此外，本文還分析了相鄰汽泡之間的聚并等行為。
　?、壑苽涞膆-BN納米流體和GO納米流體均呈現(xiàn)優(yōu)異的分散性，對(duì)其導(dǎo)熱系數(shù)、粘度、表面張力等物性參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)添加h-BN納米粒子后使溶液導(dǎo)熱系數(shù)增大，粘度增加，表面張力略有下降。
　?、躧-BN納米流體和G

4、O納米流體均明顯提升了沸騰換熱的臨界熱流密度。與去離子水相比，濃度為0.1 wt％h-BN納米流體的臨界熱流密度提升了69%，達(dá)到1801.61 kW/m2；濃度為0.001 wt%GO納米流體的臨界熱流密度提升了53.8%，達(dá)到1636.15 kW/m2。
　　⑤換熱表面微液層的蒸發(fā)導(dǎo)致局部納米粒子濃度增加，換熱表面形成納米粒子沉積—脫落—沉積的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，有效抑制了汽膜的形成，促使臨界熱流密度明顯提高。
　?、迵Q熱表面