石墨膜表面臨界熱流密度實驗研究
發(fā)布時間：2021-10-27 06:37
本文以光滑石墨膜作為加熱表面,在標準大氣壓下以去離子水為工質(zhì)進行了飽和池式沸騰實驗。實驗研究表明,在熱流密度達到1.83 MW/m2時,石墨膜發(fā)生膨脹并使其表面局部破裂,隨著熱流密度的進一步升高,破裂的面積逐漸擴大,石墨膜的電阻呈現(xiàn)階躍式升高。在2.40 MW/m2的熱流密度下,石墨膜表面全部破裂,此后隨著熱流密度增加,電阻上升幅度變小,最終,在熱流密度達到3.17 MW/m2時,石墨膜發(fā)生燒毀�？梢�,石墨膜通過膨脹破裂的方式能自適應地強化沸騰傳熱臨界熱流密度,強化比例達到73%。同時,通過高速攝像機的觀察發(fā)現(xiàn),在相同熱流密度條件下,與光滑表面相比,膨脹表面的氣化核心數(shù)增多,氣泡脫離直徑變小,氣泡脫離頻率變大。
【文章來源】：工程熱物理學報. 2020,41(03)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
圖１實驗裝置示意圖??Ｆｉｇ．?１?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｆａｃｉｌｉｔｙ??
面，使核態(tài)沸騰迅速遷移至膜態(tài)沸騰，最終加熱面溫??度過高而被燒毀，這一過程被稱為“沸騰危機”，對??應的熱流密度值即為臨界熱流密度［氣但在本實驗??中，石墨膜表面發(fā)生局部干斑無法潤濕后迅速升溫，??致其表面發(fā)生膨脹和破裂。石墨膜表面形貌的改變??使得干斑得以重新潤濕，避免了燒毀的發(fā)生。當熱??流密度進一步增大后（１．９０?ＭＷ／ｍ２、２．４０?ＭＷ／ｍ２），??這一過程隨熱流密度的增加擴張到石墨膜表面的其??他區(qū)域，直至整個表面全部粗糖化。??（ｄ）?２．４０?ＭＷ／ｍ２??圖２石墨膜表面形貌隨熱流密度的變化??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｇｒａｐｈｉｔｅ?ｆｉｌｍ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｈｅａｔ?ｆｌｕｘｅｓ??為了研究膨脹石墨與光滑石墨表面形貌的差異，??采用上海交通大學分析測試中心的掃描電子顯微鏡??（ＳＥＭ）對不同石墨膜表面樣品進行了微區(qū)分析，如??圖３所示。圖３（ａ）是石墨膜初始的時的表面形貌：??表面光滑；圖３（ｂ）分別為１００?（ｉｍ尺度和１０?ｆｉｍ尺??度下的膨脹表面形貌：膨脹后表面碎裂，并形成復??雜的縫隙（溝槽）和邊緣片層結(jié)構(gòu)。與原有光滑石墨??膜表面相比，石墨表面在膨脹后傳熱面積有一定的??增大。更為重要的是，石墨膜自身演變出的縫隙與片??層狀結(jié)構(gòu)使其作為加熱表面時的氣化核心密度大大??增加，且溝槽狀縫隙內(nèi)更易儲存液體使加熱表面保??持濕潤，進而大大提高了臨界熱流密度。Ａｈｎ等Ｍ??通過沸騰實驗制得多孔石墨烯表面，在潤濕性方面??表現(xiàn)出大接觸角、高吸水性的獨特性能。??（ｂ）膨脹表面??圖３不同石墨膜表面ＳＥＭ形貌??Ｆｉｇ．?３?Ｓ
６４６??工程熱物理學報??４１卷??已具備一定的規(guī)模，使電阻的形狀特征發(fā)生變化而??造成電阻值的增大。這一過程在圖４中表現(xiàn)為電阻??階躍升高的同時，熱流密度有一定的減校??將圖４中第一次產(chǎn)生電阻階躍變化的點定義為??石墨膜膨脹的起始點，在本文研究的范圍內(nèi)，膨脹??起始點對應的熱流密度為１．８３?ＭＷ／ｍ２。在低于膨??脹起始點的熱流密度下，石墨膜表面仍可能會產(chǎn)生??攝像機未能捕捉到的輕微膨脹，而在溫度升高帶來??的電阻率降低的影響下，輕微膨脹造成的電阻升高??無法造成階躍現(xiàn)象，使得從數(shù)據(jù)角度和圖像角度都??難以實現(xiàn)對輕微膨脹的辨識。因此，在本文中以階??躍第一點作為膨脹起始點，并將其作為光滑石墨膜??的臨界熱流密度，討論膨脹石墨表面對增強臨界熱??流密度的作用效果．??圖４石墨膜電阻隨熱流密度的變化??Ｆｉｇ．?４?Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ｈｅａｔ?ｆｌｕｘｅｓ?ｏｆ??ｔｈｅ?ｇｒａｐｈｉｔｅ?ｆｉｌｍ??本實驗中，當膨脹石墨膜表面被氣膜覆蓋，無??法得到潤濕后，石墨表面溫度迅速上升，并在極短??時間內(nèi)燒毀。以石墨膜的燒毀點作為膨脹形貌下的??臨界熱流密度點，則本實驗得到的臨界熱流密度值??為３＿１７?ＭＷ／ｍ２。將燒毀點與石墨膜膨脹起始點的??數(shù)據(jù)比較用來衡量膨脹形貌對臨界熱流密度的強化??效果，定義??増強比＝她，１起始點ｘ?！〇〇％?（６）??＾起始點??則膨脹表面產(chǎn)生的增強比可達７３％，大大提高了石??墨膜表面所能承受的熱流密度。??２．２石墨膜電阻隨熱流密度的變化??為了研究膨脹表面與光滑表面的氣泡行為，用??采集頻率為５０００?Ｈｚ的高速攝像機對相同熱流
本文編號：3461068
【文章來源】：工程熱物理學報. 2020,41(03)北大核心EICSCD
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【部分圖文】：
圖１實驗裝置示意圖??Ｆｉｇ．?１?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｆａｃｉｌｉｔｙ??
面，使核態(tài)沸騰迅速遷移至膜態(tài)沸騰，最終加熱面溫??度過高而被燒毀，這一過程被稱為“沸騰危機”，對??應的熱流密度值即為臨界熱流密度［氣但在本實驗??中，石墨膜表面發(fā)生局部干斑無法潤濕后迅速升溫，??致其表面發(fā)生膨脹和破裂。石墨膜表面形貌的改變??使得干斑得以重新潤濕，避免了燒毀的發(fā)生。當熱??流密度進一步增大后（１．９０?ＭＷ／ｍ２、２．４０?ＭＷ／ｍ２），??這一過程隨熱流密度的增加擴張到石墨膜表面的其??他區(qū)域，直至整個表面全部粗糖化。??（ｄ）?２．４０?ＭＷ／ｍ２??圖２石墨膜表面形貌隨熱流密度的變化??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｇｒａｐｈｉｔｅ?ｆｉｌｍ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｈｅａｔ?ｆｌｕｘｅｓ??為了研究膨脹石墨與光滑石墨表面形貌的差異，??采用上海交通大學分析測試中心的掃描電子顯微鏡??（ＳＥＭ）對不同石墨膜表面樣品進行了微區(qū)分析，如??圖３所示。圖３（ａ）是石墨膜初始的時的表面形貌：??表面光滑；圖３（ｂ）分別為１００?（ｉｍ尺度和１０?ｆｉｍ尺??度下的膨脹表面形貌：膨脹后表面碎裂，并形成復??雜的縫隙（溝槽）和邊緣片層結(jié)構(gòu)。與原有光滑石墨??膜表面相比，石墨表面在膨脹后傳熱面積有一定的??增大。更為重要的是，石墨膜自身演變出的縫隙與片??層狀結(jié)構(gòu)使其作為加熱表面時的氣化核心密度大大??增加，且溝槽狀縫隙內(nèi)更易儲存液體使加熱表面保??持濕潤，進而大大提高了臨界熱流密度。Ａｈｎ等Ｍ??通過沸騰實驗制得多孔石墨烯表面，在潤濕性方面??表現(xiàn)出大接觸角、高吸水性的獨特性能。??（ｂ）膨脹表面??圖３不同石墨膜表面ＳＥＭ形貌??Ｆｉｇ．?３?Ｓ
６４６??工程熱物理學報??４１卷??已具備一定的規(guī)模，使電阻的形狀特征發(fā)生變化而??造成電阻值的增大。這一過程在圖４中表現(xiàn)為電阻??階躍升高的同時，熱流密度有一定的減校??將圖４中第一次產(chǎn)生電阻階躍變化的點定義為??石墨膜膨脹的起始點，在本文研究的范圍內(nèi)，膨脹??起始點對應的熱流密度為１．８３?ＭＷ／ｍ２。在低于膨??脹起始點的熱流密度下，石墨膜表面仍可能會產(chǎn)生??攝像機未能捕捉到的輕微膨脹，而在溫度升高帶來??的電阻率降低的影響下，輕微膨脹造成的電阻升高??無法造成階躍現(xiàn)象，使得從數(shù)據(jù)角度和圖像角度都??難以實現(xiàn)對輕微膨脹的辨識。因此，在本文中以階??躍第一點作為膨脹起始點，并將其作為光滑石墨膜??的臨界熱流密度，討論膨脹石墨表面對增強臨界熱??流密度的作用效果．??圖４石墨膜電阻隨熱流密度的變化??Ｆｉｇ．?４?Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ｈｅａｔ?ｆｌｕｘｅｓ?ｏｆ??ｔｈｅ?ｇｒａｐｈｉｔｅ?ｆｉｌｍ??本實驗中，當膨脹石墨膜表面被氣膜覆蓋，無??法得到潤濕后，石墨表面溫度迅速上升，并在極短??時間內(nèi)燒毀。以石墨膜的燒毀點作為膨脹形貌下的??臨界熱流密度點，則本實驗得到的臨界熱流密度值??為３＿１７?ＭＷ／ｍ２。將燒毀點與石墨膜膨脹起始點的??數(shù)據(jù)比較用來衡量膨脹形貌對臨界熱流密度的強化??效果，定義??増強比＝她，１起始點ｘ?！〇〇％?（６）??＾起始點??則膨脹表面產(chǎn)生的增強比可達７３％，大大提高了石??墨膜表面所能承受的熱流密度。??２．２石墨膜電阻隨熱流密度的變化??為了研究膨脹表面與光滑表面的氣泡行為，用??采集頻率為５０００?Ｈｚ的高速攝像機對相同熱流
本文編號：3461068
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