本文選題：納米結(jié)構(gòu) + 相變換熱��； 參考：《東南大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：沸騰和凝結(jié)廣泛用于工程中換熱設(shè)備,如熱泵、冷凝器、水冷核反應(yīng)堆等,強化沸騰和凝結(jié)傳熱有利于提高設(shè)備的換熱效率和使用壽命,增加沸騰和凝結(jié)表面的傳熱面積是一種非常有效的方法。近年來,納米結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)極大地增加了表面的比表面積,因此,本課題重點研究了納米結(jié)構(gòu)表面對于沸騰和凝結(jié)傳熱性能的強化作用。在流動沸騰方面,利用MEMS工藝制作了集成加熱線和溫度測量電阻的硅微米通道,在微通道底面通過溶液刻蝕的方法制成納米線陣列,搭建了基于微通道的沸騰傳熱性能和流型表征的實驗臺,并利用該實驗臺表征了過冷度為64℃和34℃,質(zhì)量流密度在119 kg/m2s到571 kg/m2s條件下,納米線修飾微通道的流動沸騰換熱系數(shù),同時利用高速攝像技術(shù)表征了該通道內(nèi)的流型變化,得到的主要結(jié)論有：1)在質(zhì)量流密度高于238 kg/m2s條件下,納米結(jié)構(gòu)能提高硅微通道的總體傳熱系數(shù),但在119kg/m2s條件下,納米結(jié)構(gòu)反而使得硅微通道的總體傳熱系數(shù)有所降低；2)納米結(jié)構(gòu)隨著長度的增加會出現(xiàn)“倒伏”現(xiàn)象,形成不同尺度的坑洞,有利于汽泡成核,使得沸騰開始點(ONB)發(fā)生在更小的熱流密度或壁面過熱度。3)在高速攝像儀的觀察下,將微通道中沸騰發(fā)生后的二相流流型進行周期性的分析并分為三個階段,即汽泡產(chǎn)生階段、汽泡填充階段以及上游汽泡涌現(xiàn)的階段,納米結(jié)構(gòu)的存在改變了通道內(nèi)彈狀流所占有的時間比例,從而揭示了在納米結(jié)構(gòu)在不同質(zhì)量流密度條件下,對微通道總體換熱性能的不同作用。4)納米結(jié)構(gòu)能有效地延遲二相流不穩(wěn)定性的起始點(OFI),同時抑制微通道壁面溫度和出入口壓力差的波動幅值。在珠狀凝結(jié)方面,在銅表面通過兩步法生長納米線陣列結(jié)構(gòu),并經(jīng)過自組裝單分子的疏水涂層處理,獲得超疏水表面,搭建了基于水平方向和豎直方向凝結(jié)面的傳熱性能測量實驗臺,并利用該實驗臺表征了在過冷度為0～60 K和壓力為60 kPa條件下納米結(jié)構(gòu)表面的凝結(jié)傳熱系數(shù)。另外,應(yīng)用高速攝像技術(shù)表征了納米結(jié)構(gòu)的凝結(jié)流型,得到的主要結(jié)論有：1)在逐漸從過冷度△T=0 K增加過冷度條件下,納米結(jié)構(gòu)表面經(jīng)疏水涂層可形成穩(wěn)定的珠狀凝結(jié),凝結(jié)換熱系數(shù)也得到提升。但進一步增加壁面過冷度,納米結(jié)構(gòu)表面的凝結(jié)換熱系數(shù)較平表面的增加的幅度有所減小,并逐漸趨于平緩。2)在低的壁面過冷度下(△T～10K),納米線修飾表面具有超疏水性,液滴形成后呈現(xiàn)出Cassie狀態(tài),隨著液滴直徑的逐漸增大,出現(xiàn)和相鄰液滴合并后“飛離”凝結(jié)面的現(xiàn)象；在中等過冷度條件下(～10K△T～15K),納米線修飾表面的接觸角減小,Wenzel狀態(tài)(或部分、Venzel狀態(tài))的液滴出現(xiàn)并成主導(dǎo)的模式,液滴的脫離主要依靠重力進行自上而下的掃掠；在高過冷度條件下(△T～15K),液滴主要是呈現(xiàn)完全Wenzel狀態(tài),液滴的平均尺寸增大,液滴脫離是依靠重力。
[Abstract]:Boiling and condensation are widely used in engineering heat transfer equipment, such as heat pump, condenser, water-cooled nuclear reactor, etc. The enhancement of boiling and condensation heat transfer is beneficial to improve the heat transfer efficiency and service life of the equipment. Increasing the heat transfer area of boiling and condensation surfaces is a very effective method. In recent years, the appearance of nanostructures has greatly increased the specific surface area of the surface. Therefore, the enhancement of the boiling and condensation heat transfer properties of nanostructured surfaces has been studied in this paper. In the aspect of flow boiling, silicon micron channels integrated with heating wire and temperature measuring resistance were fabricated by MEMS process. Nanowire arrays were fabricated by solution etching at the bottom of the microchannel. An experimental platform for characterization of boiling heat transfer performance and flow pattern based on microchannel was built. The undercooling degree was 64 鈩，

本文編號：2103411