不同表面粗糙结构池沸腾换热特性的实验研究

摘要

沸腾传热是一种在工业界被广泛应用的传热技术,在冶金、化工和能源动力领域有着极其重要的地位,特别是 Moore定律提出后,电子芯片的冷却问题越来越突出,沸腾传热由于占用空间小、换热效率高的优势,获得了各国学者的广泛关注。本论文关注于表面粗糙结构对池沸腾换热特性的影响,进行了相应的实验和分析,为进一步强化换热提供了实验依据。
　　本论文首先设计、搭建了池沸腾实验系统,并分别进行了不规则分形表面和规则波形表面的池沸腾实验。
　　在分形表面的表征研究中,使用了功率谱函数和结构函数两种方法。通过对比,归纳出部分机加工手段与表面轮廓分形参数之间的关系,并指出对于本文所涉及的机加工表面,前者求解的分形参数优于后者。
　　不规则分形表面的池沸腾实验结果表明:换热表面的换热系数并不随表面平均粗糙度Ra的增大而单调递增,使用分形几何参数能够更好地解释沸腾实验现象。对于临界热流密度的研究表明:表面的Taylor不稳定性临界波长不仅受到流体特性的影响,对于粗糙表面而言,其还受到表面几何结构的影响。对于本实验中所用的波形轮廓的表面而言,表面结构波长越短,临界波长随之变短,临界热流密度随之增高。实验还证明了粗糙表面结构可以同时强化沸腾换热系数和临界热流密度,其强化机理不仅仅是因为换热表面积的增加,还源于其改变了沸腾表面的临界波长。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 沸腾换热概述

1.3 表面结构对沸腾换热影响的研究进展

1.4 分形理论概述

1.5 本文选题依据与内容

第二章 实验装置及方法

2.1 池沸腾实验台及相关仪器设备

2.2 实验测试步骤和方法

2.3 实验数据处理

2.4 实验散热及误差分析

2.5 静态接触角测量实验台

2.6 本章小结

第三章 不规则分形表面的沸腾换热特性研究

3.1 分形表面的加工和表征

3.2 分形表面的分形维数计算

3.3 沸腾实验结果

3.4 本章小结

第四章 规则表面的临界热流密度及临界波长研究

4.1 临界热流密度模型

4.2 临界热流密度及临界波长的实验研究

4.3 本章小结

第五章 总结和展望

参考文献

致谢

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