常/微重力下微结构表面强化沸腾换热研究进展

摘要

表面改性是提高沸腾换热性能的重要手段.本文以自主开发的微结构表面为基础,简述了近三年来常重力条件下的微/纳结构表面强化池沸腾换热、临界热流密度预测模型及经验关联、微重力条件下(重力水平为10-2～10-3g0,g0=9.8m/s2)加热面尺寸对沸腾换热的影响和气泡动力学等方面的研究进展.对柱状微结构参数和排布方式进行优化后的多尺度复合微结构表面相比柱状微结构表面和光滑表面,其壁面温度可分别降低8K和30K以上,而临界热流密度(CHF)则分别提高了28％和119％以上.体积分数为0.02％的乙醇/银纳米流体相对于单纯的乙醇工质,相同条件下换热壁面温度可降低8～15K,而机械作用对CHF约有25％的提高.通过对柱状微结构的几何参数以及临界发生时的供液机理研究,建立了考虑柱状微结构参数的CHF关联式、微/纳结构表面考虑液体毛细芯吸作用的CHF预测模型以及考虑液体铺展速度的CHF预测关联式.根据微重力下加热面尺寸对沸腾的影响的研究,提出了基于恒定热流密度的换热预测关联式.考虑微重力条件下主气泡和小气泡的表面张力,对传统的气泡脱离直径预测的力平衡模型进行了改进,进一步提高了微重力下气泡的脱离半径的预测精度.此外,对近年来以FC-72为工质的其他强化池沸腾换热微结构表面的研究成果进行了总结,并与自主研发的微结构表面换热性能进行了对比与分析,为今后的研究方向和应用指出了方向.