微重力下方柱微结构表面上核态池沸腾的气泡动力行为和传热特性研究

摘要

针对航天器中电子器件的高效冷却问题，本文提出一种新的强化表面结构，主要利用干式腐蚀技术在单晶硅表面形成方柱微结构(称作PF30-60),为了获得高热流或临界热流密度值，通过控制加热电压方法，在北京落塔进行了持续3.6s有效微重力时间的过冷FC-72池沸腾强化换热实验研究。同时，通过可视化高速摄像对壁面气泡动态行为进行观测分析，其结果发现，利用方柱微结构不仅可以有效增加核态沸腾汽化核心数目而且利用其独立于重力作用的热毛细作用力可以驱动新鲜液体不断向附着在壁面上的合并大气泡底部供应，最后，在较高热流密度下，方柱微结构表面仍然可以维持稳定的核态池沸腾换热，相比光滑表面，换热显著强化。