雙向微槽道多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)沸騰傳熱研究

（華南理工大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院，廣州510006）

雙向微槽道多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)沸騰傳熱研究

周述璋，孫玉麗，陳妍，胡雪冰，吳小鋒

（華南理工大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院，廣州510006）

目的研究出新型的表面結(jié)構(gòu)，以提高沸騰傳熱強(qiáng)化。方法在紫銅板上燒結(jié)銅粉多孔層，然后利用線(xiàn)切割對(duì)多孔層進(jìn)行開(kāi)槽。研究槽道參數(shù)包括槽數(shù)、槽寬、槽間距和槽向等對(duì)沸騰傳熱效果的影響。結(jié)果開(kāi)槽增大了傳熱的表面積，有利于氣體逸出，減少氣體的逸出阻力，從而多孔表面開(kāi)槽強(qiáng)化了沸騰傳熱效果，傳熱系數(shù)與光滑表面相比可提高2～3倍。與單向微槽道相比，雙向交叉槽道有著更好的傳熱效果，能夠形成一個(gè)穩(wěn)定的液體補(bǔ)充和氣體逸出網(wǎng)絡(luò)。結(jié)論在多孔表面加工微型復(fù)合結(jié)構(gòu)，能夠大幅度提高沸騰傳熱強(qiáng)化。

燒結(jié)；微溝槽；銅粉粒徑；沸騰傳熱

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展，城市化、工業(yè)化進(jìn)程的不斷深入，能源緊缺、環(huán)境污染等問(wèn)題日益突出，國(guó)家對(duì)環(huán)保問(wèn)題也越來(lái)越重視。環(huán)保產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域不斷拓展，產(chǎn)業(yè)水平明顯提升，環(huán)保產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，并逐漸成為許多國(guó)家調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重要目標(biāo)。因此，節(jié)能降耗，保護(hù)環(huán)境，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重中之重，研究如何降低能耗和提高傳熱效率，保護(hù)環(huán)境，也成為熱門(mén)研究課題。近年來(lái)，傳熱強(qiáng)化已經(jīng)成為一個(gè)主要的研究方向。

傳熱強(qiáng)化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。沸騰傳熱具有可以傳遞高熱流的潛力，通過(guò)相變沸騰過(guò)程中的兩相傳熱可以帶走很大部分的熱量。對(duì)于普通表面通過(guò)沸騰傳熱仍不能滿(mǎn)足要求，因此需要研究出新型的表面結(jié)構(gòu)提高沸騰傳熱強(qiáng)化[1—2]。

多孔表面是一種有效的傳熱結(jié)構(gòu)，它不僅可以提高與液體接觸的表面積，而且由于表面密集的核化空隙可以產(chǎn)生較多的蒸汽通道，以及微小空隙能夠提供較大的毛細(xì)作用力，更容易使液體補(bǔ)充，因此形成氣液交界面復(fù)雜的流動(dòng)。多孔結(jié)構(gòu)固體及液體層的厚度、顆粒直徑、孔隙率、工質(zhì)的物理性能、多孔結(jié)構(gòu)的形狀參數(shù)，如表面宏觀結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)沸騰性能產(chǎn)生影響。在到達(dá)臨界熱流密度之前氣液界面流動(dòng)處于平衡狀態(tài)，一旦到達(dá)臨界熱流密度點(diǎn)，氣液界面變得極不平衡，在表面形成蒸汽膜，導(dǎo)致液體進(jìn)入多孔結(jié)構(gòu)的阻力增加，使傳熱惡化[3—10]。

Hwang和Kaviany[11]對(duì)不同直徑的銅粉顆粒（40～80 μm）進(jìn)行松裝、壓緊、振動(dòng)，制造出厚度為0.1～0.2 mm的多孔層。結(jié)果證明，熱流密度可提高1.8倍，并證明多孔結(jié)構(gòu)層通過(guò)影響界面動(dòng)力不穩(wěn)定性來(lái)提高熱流密度。

李隆梅等人[12]以丙酮為工質(zhì)，研究了燒結(jié)法制備銅基表面多孔管的燒結(jié)工藝，并得出與普通光管相比，多孔管的沸騰傳熱系數(shù)可以提高8～24倍的結(jié)論。

多孔表面開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的沸騰傳熱強(qiáng)化也引起了一些研究者的關(guān)注。Mughal等[13]以CPL多孔芯體表面蒸發(fā)為對(duì)象，以R11為工質(zhì)，對(duì)多孔表面開(kāi)有10%～20%左右水平槽的沸騰傳熱進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，多孔表面開(kāi)槽，傳熱系數(shù)可以提高2～3倍，并且可以推遲臨界熱流密度的到來(lái)。為了使沸騰工況更加穩(wěn)定，需要研究合理的開(kāi)槽百分?jǐn)?shù)，另外開(kāi)槽的大小和密度也會(huì)對(duì)沸騰傳熱特性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，并且影響因素比較復(fù)雜，有必要進(jìn)行深入和系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究[14—15]。

Wu Wei[3—4]認(rèn)為多孔表面雖然在一定條件下可以提高熱流密度，但在有些情況下由于多孔孔隙小，氣體流動(dòng)阻力大，難以逸出。因此提出了多孔表面開(kāi)槽結(jié)構(gòu)，氣體通過(guò)微槽減少逸出阻力，液體可以通過(guò)多孔結(jié)構(gòu)的毛細(xì)力進(jìn)入孔隙結(jié)構(gòu)，從而分離氣液通道，推遲了臨界熱流密度的到來(lái)。

1 燒結(jié)多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造

實(shí)驗(yàn)通過(guò)在30 mm×30 mm，厚度為3 mm的紫銅板上燒結(jié)厚度一致的多孔層，多孔層厚度分別為0.8，1.5 mm。采用尺寸一致的凹形石墨模具，將紫銅板平放入模具內(nèi)，將顆粒平均直徑分別為60，110 μm的紫銅粉填充至石墨模具表面高度，用蓋板封住，防止銅粉流動(dòng)造成表面厚度不均勻。然后放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在850℃，保溫1 h，緩慢冷卻至室溫，整個(gè)燒結(jié)過(guò)程一步完成[16]。整個(gè)燒結(jié)要保證多孔層與紫銅板之間的接觸有一定的強(qiáng)度，且使兩者之間熱阻小。同時(shí)通過(guò)嚴(yán)格控制燒結(jié)時(shí)間和保溫時(shí)間來(lái)保證銅粉顆粒融合來(lái)控制多孔結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度[17]。燒結(jié)在紫銅基板上的多孔層及其復(fù)合結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 多孔層槽道復(fù)合結(jié)構(gòu)Fig.1 Channel composite structure of porous layer

底部基板厚度為3 mm，上部燒結(jié)多孔層，通過(guò)稱(chēng)重法對(duì)多孔層孔隙率進(jìn)行測(cè)量，并測(cè)得孔隙的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，利用線(xiàn)切割對(duì)工件進(jìn)行開(kāi)槽，開(kāi)槽參數(shù)見(jiàn)表1。為了研究槽道參數(shù)包括槽數(shù)、槽寬、槽間距和槽向等對(duì)沸騰傳熱效果的影響，槽數(shù)分為7，9，11三種；槽寬有0.3，0.5 mm兩種；槽間距有2.4，3，4 mm三種；槽向分為單向和雙向交叉槽道兩種。

由于線(xiàn)切割加工之后氧化物容易殘留在溝槽內(nèi)，故利用酸性清洗液浸泡并利用超聲波清洗15 min，取出工件再用清水沖洗，并用烘干機(jī)烘干試樣。

利用超景深三維顯微鏡圖像觀察表面結(jié)構(gòu)，燒結(jié)60，110 μm銅粉顆粒。從掃描圖上來(lái)看，銅粉顆粒已經(jīng)逐漸相互融合形成較強(qiáng)的連接，顆粒附著在紫銅基板表面，因此燒結(jié)的結(jié)構(gòu)不僅具有一定的強(qiáng)度，同時(shí)也減小了相應(yīng)的接觸熱阻。由此可以通過(guò)顆粒直徑估測(cè)出多孔結(jié)構(gòu)的平均空隙直徑，顆粒直徑為60 μm的空隙直徑約為10 μm，110 μm的空隙直徑約為30 μm。可見(jiàn)，對(duì)于這種燒結(jié)工藝，顆粒越大則空隙尺寸越大。線(xiàn)切割加工的多孔結(jié)構(gòu)槽道如圖2a所示，表面三維形貌如圖2b所示，可以估測(cè)出燒結(jié)表面不平度誤差小于0.1 mm。

表1 多孔表面開(kāi)槽參數(shù)Table 1 Channel parameters of porous surface

圖2 多孔結(jié)構(gòu)槽道和表面三維形貌Fig.2 Channel of porous structure and surface three-dimensional topography

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

池沸騰實(shí)驗(yàn)裝置原理如圖3a所示，參照文獻(xiàn)[18]的實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)試試樣尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖3 池沸騰實(shí)驗(yàn)裝置原理Fig.3 Schematic of pool boiling experimental apparatus

測(cè)試裝置由一個(gè)紫銅柱加熱系統(tǒng)、底部裝配有兩個(gè)輔助加熱器的主容器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和冷凝回流系統(tǒng)組成。紫銅柱加熱系統(tǒng)中紫銅柱高度為100 mm，底部有兩個(gè)直徑為10 mm，額定功率為220 V，800 W的加熱器，并通過(guò)交流電壓控制器調(diào)節(jié)電壓，控制加熱功率。紫銅柱頂部放置試件，并用高導(dǎo)熱粘性膠與頂面粘結(jié)，保證加熱柱頂面的平滑，作為傳熱測(cè)試的參考面。主容器內(nèi)徑為150 mm，高度為200 mm，材料為透明有機(jī)玻璃，便于觀察容器內(nèi)氣泡的產(chǎn)生。容器底部裝有功率為400 W的輔助加熱器，RKC-C100溫度控制器通過(guò)連接K型熱電偶和輔助加熱器來(lái)控制水溫，在測(cè)試過(guò)程中始終保持水的溫度處在飽和溫度。容器上部中心開(kāi)孔連接蛇形冷凝回流管，在沸騰過(guò)程中，通過(guò)連接水泵上端為進(jìn)水口，下端為出水口，因?yàn)槟嫦蛄鲃?dòng)更容易提高冷凝效率，飽和蒸汽遇到冷管凝結(jié)并依靠重力流回容器內(nèi)。冷凝器出口連接外部，以保持容器內(nèi)壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)。

容器內(nèi)以去離子水為沸騰工質(zhì)，在容器底板底部開(kāi)32 mm×32 mm正方形孔配合試件，兩者之間間隙用聚四氟乙烯和環(huán)氧樹(shù)脂膠密封，通過(guò)裝配來(lái)保證多孔結(jié)構(gòu)完全浸沒(méi)于液體中。為使實(shí)驗(yàn)有較好的準(zhǔn)確性，加熱紫銅柱放置在自制的電木方形容器中，頂部與容器底板接觸，內(nèi)部填充陶瓷纖維棉隔熱，這種設(shè)置很大程度上減少了熱損失，估算在最大加熱功率時(shí)該裝置的熱損失小于2%，因此在計(jì)算熱流密度時(shí)以加熱功率來(lái)代替。

測(cè)試中所需4個(gè)熱電偶均為K型熱電偶，其中試樣基板側(cè)面中心開(kāi)兩個(gè)直徑為1 mm的孔，內(nèi)有熱電偶T1，T2，監(jiān)測(cè)工件表面溫度。在試件上部溶液中均布2個(gè)熱電偶T3，T4監(jiān)測(cè)溶液溫度變化。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

在每次實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，將不同試件粘結(jié)在紫銅加熱柱上表面，保持導(dǎo)熱黏性硅膠在頂面均勻分布，自然放置24 h可達(dá)到最高強(qiáng)度，同時(shí)保證粘結(jié)層厚度小于0.1 mm，以盡量減少傳熱熱阻。實(shí)驗(yàn)裝置裝配完畢后，向容器內(nèi)補(bǔ)充去離子水，試樣水平放置，液面沒(méi)過(guò)試樣頂面約100 mm，同時(shí)加熱主加熱器和輔助加熱器使液體沸騰0.5 h，排除多孔層和槽道內(nèi)殘留氣體和壁面附著的空氣。由于去離子水有較大的表面張力和比熱系數(shù)，能夠較多地帶走熱量，因此被廣泛應(yīng)用作為沸騰工質(zhì)。排氣過(guò)程結(jié)束后冷卻至室溫開(kāi)始測(cè)試，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)溫控系統(tǒng)始終保持液體飽和溫度即一個(gè)大氣壓下的飽和溫度。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（Agilent34970A）設(shè)定數(shù)據(jù)采集間隔定為5 s，在每次功率改變時(shí)，監(jiān)測(cè)熱電偶T1，T2，數(shù)值在10 min內(nèi)的波動(dòng)小于0.2°，則認(rèn)為到達(dá)了穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)改變主加熱器功率從10 W開(kāi)始，每次遞增10 W，實(shí)驗(yàn)測(cè)試的熱流密度范圍為0～250 kW/m2。

3 分析與討論

3.1 實(shí)驗(yàn)誤差分析

式中：tw為加熱表面即銅基板上表面溫度；ts為大氣壓下液體飽和溫度；t1，t2為實(shí)際測(cè)得的試件表面溫度，使用校準(zhǔn)的K型熱電偶精度為±0.2℃，q為熱流密度；K為銅的熱導(dǎo)率。因此測(cè)量的t1，t2，ts誤差均為±0.2℃，由此推算出溫差Δt誤差為±0.4℃。

傳熱效率的計(jì)算公式為：

表面過(guò)熱度的計(jì)算公式為：

式中：Q為主加熱器加熱功率，由于采用陶瓷纖維棉保溫，忽略了在加熱過(guò)程中所損失的熱量；A為試樣的表面積；h為傳熱效率即熱流密度；q為表面過(guò)熱度的比值。由于加熱功率由電壓和電流控制，因此Q會(huì)有一定的波動(dòng)誤差，加上熱損失，估計(jì)誤差約為2%。試件加工尺寸的精度決定表面積A的誤差，通過(guò)誤差傳遞公式可以計(jì)算出傳熱效率h在最高熱流密度和最低熱流時(shí)的誤差為5%～12%。

3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)中測(cè)試樣品參數(shù)見(jiàn)表1，參數(shù)主要包括銅粉顆粒直徑（實(shí)驗(yàn)中110 μm的銅粉有特殊標(biāo)注，其余測(cè)量均為60 μm），銅粉厚度（0.8，1.5 mm），槽寬（0.3，0.5 mm），不同槽間距以及開(kāi)槽形式包括單向和雙向槽道。

3.2.1 微槽道對(duì)沸騰滯后的影響

首先對(duì)光滑表面進(jìn)行沸騰測(cè)試。光滑表面經(jīng)過(guò)砂紙精細(xì)打磨（表面粗糙度在0.1～1 μm），同時(shí)對(duì)厚度分別為0.8和1.5 mm的試樣T0.8，T1.5和開(kāi)有雙向槽道C7-0.3-0.8的試樣進(jìn)行對(duì)比，q-Δtsat（熱流密度與表面過(guò)熱度）曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 q-Δtsat熱流密度與表面過(guò)熱度曲線(xiàn)Fig.4 q-Δtsatgraph of heat flux and surface superheat

由圖4可以明顯觀察到，光滑表面?zhèn)鳠嵝Ч畈睿谒鶞y(cè)試區(qū)間處在所有曲線(xiàn)的最低位置。實(shí)際測(cè)試表明，在過(guò)熱度大于12℃時(shí)才有明顯的滯后現(xiàn)象發(fā)生，T0.8，T1.5在過(guò)熱度為5℃時(shí)開(kāi)始有氣泡產(chǎn)生，且氣泡在表面隨機(jī)產(chǎn)生，觀察到中部產(chǎn)生氣泡居多，且開(kāi)始時(shí)脫離頻率較高，隨著加熱過(guò)程的繼續(xù)，都會(huì)發(fā)生沸騰滯后現(xiàn)象。C7-0.3-0.8在過(guò)熱度為3.5℃左右時(shí)，槽道中間個(gè)別點(diǎn)開(kāi)始產(chǎn)生氣泡，但全部都是在槽道底部產(chǎn)生，隨著時(shí)間的推移，產(chǎn)生氣泡點(diǎn)不斷增加，氣泡脫離直徑變小，脫離頻率不斷增大。其后，大部分槽道開(kāi)始產(chǎn)生氣泡，尤其以十字槽道交界處產(chǎn)生更為劇烈，以射流方式產(chǎn)生氣泡，頻率很快。相對(duì)于槽道內(nèi)部表面，未開(kāi)槽多孔層氣泡以很慢的速度生長(zhǎng)，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)且脫離直徑較大，也以較慢的速度脫離。帶有交叉槽道的多孔結(jié)構(gòu)消除了沸騰滯后的影響，且具有較低的沸騰過(guò)熱度。這是因?yàn)橐环矫骈_(kāi)槽在相同的給定加熱面積下增加了沸騰的實(shí)際表面積，也就增加了活化空隙的數(shù)量；另一方面，在相同的加熱功率下槽道底部相對(duì)于頂面具有更大的沸騰過(guò)熱度。同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，微細(xì)槽道交叉處更容易產(chǎn)生氣泡，A.K.Das[19]通過(guò)研究雙向與交叉溝槽進(jìn)行對(duì)比，說(shuō)明交叉結(jié)構(gòu)在沸騰表面可以提供一個(gè)氣液傳送的方形網(wǎng)絡(luò)，這種方式更有利于氣液之間的相互流動(dòng)，氣體更容易逸出，上面的液體利用微小槽道的毛細(xì)作用力容易補(bǔ)充到溝槽內(nèi)部。

3.2.2 單雙向微槽道傳熱效果對(duì)比

圖5顯示出了單向微槽道S9-0.3-0.8和雙向微槽道C9-0.3-0.8以及不同銅粉直徑（60，110 μm）與規(guī)則0.8 mm厚銅粉多孔層傳熱效果的一個(gè)對(duì)比。除顆粒直徑外其他參數(shù)一致，包括相同開(kāi)槽數(shù)目的情況下，110 μm厚度的銅粉效果要明顯強(qiáng)于60 μm。這是由于選用去離子水為沸騰工質(zhì)，具有較大的表面張力，沸騰時(shí)較大的空隙直徑需要較小的壁面過(guò)熱度，更有利于沸騰。多孔結(jié)構(gòu)存在最佳的空穴直徑，隨液體的物性、熱流密度和多孔層形狀而變化，對(duì)于高表面張力、高導(dǎo)熱系數(shù)的液體需采用較大的空隙直徑[20]。

圖5 槽道方向和粒徑對(duì)傳熱效果的影響Fig.5 Influence of channel direction and particle size on the heat transfer effect

Calvin H.Li通過(guò)曲線(xiàn)分析各種不同空隙直徑跟沸騰傳熱過(guò)熱度關(guān)系的描述[17]，指出空隙直徑在40～70 μm之間有較低的起始過(guò)熱度。同時(shí)通過(guò)單向微槽道S9-0.3-0.8和雙向微槽道C9-0.3-0.8的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)后者傳熱效果好于前者。這是由于雙向微槽道有更大的擴(kuò)展面積，同時(shí)有更多的汽化核心，交叉的槽道網(wǎng)絡(luò)形成更為復(fù)雜的氣液相對(duì)流動(dòng)，且十字交叉處在相同過(guò)熱度下優(yōu)先于溝槽道和表面產(chǎn)生氣泡，氣體易于在交叉處產(chǎn)生，且產(chǎn)生頻率較高。一方面是由于底部在相同條件下相對(duì)表面有較大的過(guò)熱度；另一方面是以十字交叉點(diǎn)中心為原點(diǎn)，四個(gè)方向都可以有液體進(jìn)行補(bǔ)充，從而使沸騰能夠持續(xù)，并源源不斷地提供液體。因此通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在測(cè)試的熱流范圍內(nèi)，雙向微槽道有更好的傳熱效果和優(yōu)勢(shì)。

3.2.3 不同槽道寬度傳熱效果對(duì)比

圖6為C9-0.3-0.8，C9-0.5-0.8兩種交叉槽道試樣的h-q曲線(xiàn)，兩者唯一的區(qū)別為加工槽道寬度不一樣，分別為0.3，0.5 mm。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溝槽寬度為0.3 mm的效果要好于0.5 mm，雖然后者效果不如前者明顯，但是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中并沒(méi)有觀察到明顯的沸騰滯后現(xiàn)象，這可以從傳熱系數(shù)沒(méi)有較大的波動(dòng)，一直平穩(wěn)上升中看出。C9-0.3-0.8傳熱效果好，是由于0.3 mm的槽道相對(duì)于0.5 mm槽道具有較大的毛細(xì)作用力，在氣泡逸出液體補(bǔ)充過(guò)程中能夠發(fā)揮更大的作用，但這只是對(duì)于60 μm銅粉顆粒直徑的多孔層而言。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，不同的銅粉粒徑對(duì)應(yīng)槽道開(kāi)孔有最佳的槽道寬度，因此對(duì)于最優(yōu)槽道寬度仍需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

圖6 不同槽道寬度對(duì)傳熱效果的影響Fig.6 Influence of different channel width on the heat transfer effect

3.2.4 不同槽道個(gè)數(shù)傳熱效果的對(duì)比

圖7為不同槽道個(gè)數(shù)對(duì)傳熱效果的影響的h-q曲線(xiàn)，在其他參數(shù)相同的情況下加工不同槽道個(gè)數(shù)，C11-0.3-0.8，C9-0.3-0.8，C7-0.3-0.8交叉槽道數(shù)目分別為11，9和7，不同的槽道數(shù)目決定不同的槽間距。

圖7 不同槽道個(gè)數(shù)對(duì)傳熱效果的影響Fig.7 Influence of different number of channels on the heat transfer effect

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以明顯看出，C11-0.3-0.8有最好的傳熱效果，最高可以達(dá)到光滑表面的3倍。開(kāi)槽數(shù)越多，實(shí)際沸騰表面積越大，同時(shí)對(duì)于交叉點(diǎn)來(lái)說(shuō)，三者分別為121，81，49，如果按照等效結(jié)果來(lái)看應(yīng)該成倍數(shù)級(jí)遞增，但實(shí)際上差別并沒(méi)有那么大。這是由于槽數(shù)到達(dá)一定數(shù)量之后，對(duì)于一定的加熱功率，在較低的熱流密度測(cè)試階段，沸騰過(guò)程已經(jīng)足以帶走熱量，增加槽道數(shù)影響效果雖有提高，但不太明顯，因此在選擇多的開(kāi)孔槽道時(shí)要綜合考慮各種情況。另外，對(duì)比只是在0～250 kW/m2范圍內(nèi)，對(duì)于后續(xù)增大熱流密度之后傳熱效果的變化趨勢(shì)，還需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

綜上所述，多孔表面開(kāi)槽強(qiáng)化了沸騰傳熱效果，傳熱系數(shù)與光滑表面相比可提高2～3倍，首先，開(kāi)槽增大了傳熱的表面積；其次，開(kāi)槽有利于氣體逸出，減少氣體的逸出阻力。雖然開(kāi)槽的數(shù)目，包括槽道參數(shù)，例如槽寬、槽間距對(duì)傳熱效果的影響以及各個(gè)因素的交叉作用仍需要進(jìn)一步分析，但是多孔開(kāi)槽結(jié)構(gòu)減弱了沸騰滯后現(xiàn)象，提高了沸騰起始的傳熱效率，使沸騰過(guò)程更加平穩(wěn)和穩(wěn)定地進(jìn)行。同時(shí)與單向微槽道相比，雙向交叉槽道有著更好的傳熱效果，能夠形成一個(gè)穩(wěn)定的液體補(bǔ)充和氣體逸出網(wǎng)絡(luò)。因此，在多孔表面加工微型復(fù)合結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜和具有三維立體性，是強(qiáng)化沸騰傳熱的新方向。

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Boiling Heat Transfer of Two-way Micro-channel Porous Composite Structure

ZHOU Shu-zhang，SUN Yu-li，CHEN Yan，HU Xue-bing，WU Xiao-feng
（School of Design，South China University of Technology，Guangzhou 510006，China）

Objective To develop a new surface structure to enhance boiling heat transfer enhancement.Methods First porous layer of copper on the copper plate was sintered，and then the porous layer was grooved by using wire cutting.The effects of the channel parameters including the number of channel,channel width,channel spacing and channel direction etc.on the boiling heat transfer effect were studied.Results The slotted surface increased the surface area of heat transfer and facilitated gas evolution,reduced the resistance of gas escaping.Thereby the slotted porous surface strengthened the effect of boiling heat transfer.The heat transfer coefficient could be increased by 2-3 times compared with smooth surface.Compared with the one-way micro-channel,two-way cross-channel had a better heat transfer effect,capable of forming a stable liquid supplement and gas evolution network.Conclusion Micro machining composite structure on the porous surface could significantly improve the boiling heat transfer enhancement.

sintering；micro grooves；particle size of copper powder；boiling heat transfer

10.7643/issn.1672-9242.2016.02.004

TJ03；TK124

：A

1672－9242（2016）02－0018-06

2015-09-24；

2015-10-18

Received：2015-09-24；Revised：2015-10-18

霍英東教育基金會(huì)高等院校青年教師（132021）；廣東省工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目（2012B010500021）；廣州市珠江科技新星項(xiàng)目（2013J2200060）

Fund：Henry Fok Education Foundation for Young Teachers in Colleges and Universities Fund Project（132021）；Guangdong Province Industrial Research Projects（2012B010500021）；Guangzhou Pearl River Technology Star Project（2013J2200060）

周述璋（1970—），男，湖南邵陽(yáng)人，博士，副教授，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與制造。

Biography：ZHOU Shu-zhang（1970—），Male，from Shaoyang，Hunan，Ph.D.，Associate profressor，Research focus：machanical design and manufaltuing.