采用易揮發(fā)工質(zhì)對超親水泡沫銅的毛細(xì)性能表征

蔣玉婷， 張 鵬， 呂鳳勇

(上海交通大學(xué) 制冷與低溫工程研究所， 上海 200240)

兩相傳熱裝置(如熱管、均溫板)因其高換熱性及使用靈活性而被廣泛地應(yīng)用于電子器件和航空航天等領(lǐng)域.兩相傳熱裝置的核心部件為具有多孔結(jié)構(gòu)的吸液芯，其毛細(xì)極限直接影響兩相傳熱裝置的傳熱極限[1]，而滲透率和毛細(xì)壓力則共同影響毛細(xì)極限.因此，綜合上述兩個參數(shù)的毛細(xì)性能因子，即滲透率與有效毛細(xì)半徑之比[2]，常被用于表征多孔結(jié)構(gòu)的綜合毛細(xì)性能.該綜合性能參數(shù)僅與吸液芯的結(jié)構(gòu)有關(guān)，并不依賴于所選取的工質(zhì)[3].

泡沫銅作為一種新型功能材料，其綜合毛細(xì)性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的燒結(jié)粉末吸液芯[4-5]，在傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域有較高的應(yīng)用價值.此外，多孔介質(zhì)的毛細(xì)壓力與其潤濕性有關(guān)，如具有極佳潤濕性能的超親水表面(固/液界面接觸角小于5°)可提供較高的毛細(xì)壓力[6].若在泡沫銅吸液芯表面構(gòu)造一層超親水結(jié)構(gòu)，將極大地提高吸液芯的綜合毛細(xì)性能.目前，對于超親水泡沫銅毛細(xì)性能的研究較為缺乏，對其毛細(xì)性能的表征有助于為超親水泡沫銅應(yīng)用于吸液芯結(jié)構(gòu)提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持及理論參考依據(jù).

對于材料毛細(xì)性能的研究通常通過液體的毛細(xì)上升過程來實現(xiàn)[7-8].當(dāng)將含有毛細(xì)多孔結(jié)構(gòu)材料的一端豎直地浸入液體工質(zhì)時，工質(zhì)將在毛細(xì)壓力的驅(qū)動下上升.通過測量這一過程的毛細(xì)上升高度或毛細(xì)上升質(zhì)量隨時間的變化過程，分析評價毛細(xì)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)性能.為得到滲透率和毛細(xì)性能因子等表征參數(shù)，還需將測得的高度或質(zhì)量數(shù)據(jù)與相應(yīng)的理論模型結(jié)合，通過多參數(shù)擬合分析方法獲得需要的毛細(xì)性能表征參數(shù).因此，毛細(xì)性能表征方法的關(guān)鍵在于精確測量毛細(xì)上升高度等參數(shù)以及其理論模型的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性.Lucas和Washburn[9-10]研究了工質(zhì)浸潤毛細(xì)管的毛細(xì)壓力等動力學(xué)影響因素，在忽略重力影響的情況下，建立了著名的Lucas-Washburn理論模型.Fries等[11-12]基于Lucas-Washburn理論模型，提出了考慮工質(zhì)重力和蒸發(fā)影響的理論模型，并通過稱重法證實了該模型的正確性.Tang等[13]為解決現(xiàn)有的光學(xué)觀察法及稱重法面臨的無法準(zhǔn)確識別彎液面的問題，提出采用紅外熱像法觀測工質(zhì)毛細(xì)上升的彎液面位置，忽略工質(zhì)蒸發(fā)的影響，通過線性擬合得到滲透率、有效毛細(xì)半徑、毛細(xì)性能因子等毛細(xì)性能參數(shù).劉僑鵬[14]采用同樣的方法表征超親水銅表面的毛細(xì)性能參數(shù)，研究表明對于同一吸液芯結(jié)構(gòu)，采用不同工質(zhì)(乙醇、丙酮、水)進(jìn)行實驗得到的毛細(xì)性能因子差別較大，乙醇和丙酮測試的毛細(xì)性能因子均與水測試的毛細(xì)性能因子偏差超過50%，與毛細(xì)性能因子不依賴于工質(zhì)種類的屬性相矛盾.這意味著在研究材料的毛細(xì)性能時，工質(zhì)蒸發(fā)的影響不可忽略，文獻(xiàn)[13]提出的忽略蒸發(fā)的關(guān)系式并不適用于易揮發(fā)工質(zhì)的實際毛細(xì)上升過程.為了得到準(zhǔn)確的毛細(xì)多孔結(jié)構(gòu)的毛細(xì)性能，需根據(jù)工質(zhì)的揮發(fā)性，結(jié)合相應(yīng)的理論關(guān)系式進(jìn)行表征.

本文以乙醇和水為工質(zhì)，采用紅外熱像法，對超親水泡沫銅的毛細(xì)性能進(jìn)行實驗研究.分析各個樣品的毛細(xì)上升曲線圖，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合不同的理論模型，得到乙醇在超親水泡沫銅的毛細(xì)性能參數(shù)，以討論蒸發(fā)對毛細(xì)性能的影響；同時，根據(jù)毛細(xì)性能因子與工質(zhì)種類無關(guān)的屬性，分析對比不同工質(zhì)在同一樣品的毛細(xì)性能因子，針對易揮發(fā)工質(zhì)提出可準(zhǔn)確獲得材料毛細(xì)性能參數(shù)的方法；根據(jù)此方法，系統(tǒng)地分析了超親水表面的處理方法、工質(zhì)種類及樣品目數(shù)對超親水泡沫銅毛細(xì)性能的影響.

1 材料及制備過程

1.1 試劑與儀器

實驗所用的試劑有2.5 mol/L的 NaOH、0.1 mol/L的(NH4)2S2O8以及C2H6O，均為分析純，且均購買于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.實驗所用的儀器有接觸角測量儀(Dataphysics-OCA20)、 Zeiss Ultra Plus場發(fā)射掃描電子顯微鏡、紅外熱像儀(FLIR SC325，不確定度±2%)、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DGH-9245A).

1.2 材料制備

實驗材料分別為60、80和100目的泡沫銅以及經(jīng)過表面處理制備而成的相同目數(shù)的超親水泡沫銅.為了減少實驗誤差的影響，每種目數(shù)的超親水泡沫銅與泡沫銅均準(zhǔn)備3個樣品.超親水泡沫銅表面的制備是以50 mm×20 mm×1 mm的普通泡沫銅為基底，將其置于含2.5 mol/L氫氧化鈉和0.1 mol/L過硫酸銨的混合水溶液中；在70 ℃下氧化1 h，使得多孔結(jié)構(gòu)的骨架上形成微納復(fù)合結(jié)構(gòu)；用蒸餾水沖洗，得到超親水泡沫銅表面.超親水泡沫銅表面的結(jié)構(gòu)形貌如圖1所示.

通過稱重法計算得到泡沫銅(CF)的孔隙率εCF，并通過計算得到超親水泡沫銅(SHCF)的孔隙率εSHCF，

εSHCF=εCF-asfSrrm

(1)

式中：asf為泡沫銅的面體比[15-17]；Sr為超親水泡沫銅表面與普通泡沫銅表面的面積比；rm為超親水泡沫銅的表面粗糙度.泡沫銅與超親水泡沫銅的孔隙率如表1所示.由表1可知，不同樣品的孔隙率有較大的差別.這是由于經(jīng)過超親水表面處理生成的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)減小了泡沫銅表面的原有孔徑，超親水泡沫銅的孔隙率相比于普通泡沫銅有明顯的減小，100目超親水泡沫銅的孔隙率為85.9%，在所有樣品中是最小的.

乙醇、蒸餾水和丙酮等液體是毛細(xì)上升實驗的常用工質(zhì).本實驗采用無水乙醇(分析純，φ>99.5%)和蒸餾水為工質(zhì)；樣品周圍溫度為(20±0.4) ℃.乙醇和水的熱物理性質(zhì)如表2所示.其中：μ為動力黏度；σ為表面張力；ρ為密度.利用接觸角測量儀測量不同樣品的接觸角.對于普通泡沫銅樣品，不同工質(zhì)在其表面的接觸角有極大的差異.水在泡沫銅樣品表面的接觸角大于120°，表現(xiàn)為疏水性，這是因為普通泡沫銅在空氣中極易被氧化，其骨架表面存在具有疏水性的氧化亞銅[18-19]；而乙醇在泡沫銅樣品表面的接觸角為9.8°，具有極佳的潤濕性.對于超親水泡沫銅樣品，乙醇與水在超親水泡沫銅樣品表面的接觸角均為0°.這是由于經(jīng)過化學(xué)氧化處理后，泡沫銅的表面形成了黑色的氧化銅，而氧化銅具有親水性，同時，骨架上的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增強了其親水性，故水和乙醇液滴均可在超親水泡沫銅的表面完全鋪展開來.

圖1 超親水泡沫銅的表面結(jié)構(gòu)形貌Fig.1 Surface structure of superhydrophilic copper foam

Tab.1 Porosity of copper foam and superhydrophilic copper foam

目數(shù)εCF/%εSHCF/%6091.987.78091.886.810091.585.9

表2 乙醇和水的熱物理性質(zhì)Tab.2 Thermo-physical properties of ethanol and water

2 實驗裝置和方法

實驗裝置圖如圖2所示.該裝置主要由紅外熱像儀(FLIR SC325，不確定度為±2%)、樣品固定架、玻璃罩、培養(yǎng)皿和計算機(jī)等部件組成.玻璃罩保證了內(nèi)部的實驗環(huán)境不受周圍空氣流動的影響；樣品豎直固定；盛放液體工質(zhì)的培養(yǎng)皿置于樣品下方，實驗時在培養(yǎng)皿中添加液體工質(zhì)直至與樣品底端接觸時停止；紅外熱像儀通過玻璃罩的觀察窗口記錄工質(zhì)在樣品表面的毛細(xì)上升過程，并將數(shù)據(jù)傳輸至計算機(jī).

1—玻璃罩，2—支撐架，3—樣品固定物，4—樣品，5—培養(yǎng)皿，6—觀察窗口，7—紅外熱像儀，8—計算機(jī)圖2 毛細(xì)上升紅外測試實驗裝置圖[13]Fig.2 Test device of the capillary rise by infrared camera[13]

圖3 毛細(xì)上升高度定位圖Fig.3 Identification of the capillarity height location

由紅外熱像儀記錄的毛細(xì)上升高度定位視頻可以被分解為以幀為單位的熱像圖，如圖3所示.由圖3可知，通過分析高度方向溫度突變點的平均位置(誤差約為0.5 mm)，可以獲得每個樣品毛細(xì)上升對應(yīng)時間的高度及毛細(xì)上升的速度.對于相同目數(shù)的樣品，取3個樣品測試數(shù)據(jù)的平均值作為每個目數(shù)樣品的最終毛細(xì)上升高度和毛細(xì)上升速度，并在此基礎(chǔ)上獲得不同工質(zhì)在不同目數(shù)樣品條件下的毛細(xì)上升高度隨時間的變化規(guī)律.結(jié)合不同工質(zhì)在不同樣品條件下的毛細(xì)上升曲線圖，分析工質(zhì)在毛細(xì)上升過程中的動力學(xué)影響因素，并分別對不同目數(shù)樣品的毛細(xì)上升高度與速度通過最小二乘法進(jìn)行擬合，以獲得滲透率、毛細(xì)壓力及毛細(xì)性能因子等與毛細(xì)性能相關(guān)的表征參數(shù).

3 理論分析與數(shù)據(jù)處理

當(dāng)液體工質(zhì)接觸到樣品界面時，工質(zhì)在毛細(xì)壓力的作用下沿樣品的豎直方向快速上升.根據(jù) Laplace-Young方程[20]可得液-氣界面的毛細(xì)壓力Δpcap為

(2)

式中：θ為固-液界面接觸角；Rs為樣品的孔隙半徑.采用有效毛細(xì)半徑Reff代替樣品的孔隙半徑，則

(3)

在忽略工質(zhì)的蒸發(fā)影響時，工質(zhì)的毛細(xì)上升過程除受到毛細(xì)壓力的驅(qū)動外，還受到摩擦阻力和重力的影響.該毛細(xì)上升過程根據(jù)動量守恒有以下平衡方程：

(4)

式中：左端項為Laplace-Young方程表示的毛細(xì)壓力Δpcap；右端第一項為Darcy定律表示的黏性摩擦阻力；右端第二項為毛細(xì)上升過程中由于重力引起的靜壓力；K為樣品的滲透率；h為毛細(xì)上升高度；dh/dt為毛細(xì)上升速度；g為重力加速度.Tang等[13]在忽略工質(zhì)蒸發(fā)的條件下，通過改寫式(4)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：

(5)

由式(5)可知，在工質(zhì)穩(wěn)定上升期間，dh/dt與1/h呈線性關(guān)系.當(dāng)已知樣品孔隙率、工質(zhì)動力黏度和表面張力等參數(shù)時，對穩(wěn)定上升階段的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合，可以獲得滲透率、有效毛細(xì)半徑、毛細(xì)性能因子等毛細(xì)性能的相關(guān)參數(shù).

(6)

令

(7)

(8)

(9)

式(9)可改寫為

(10)

式中：W為樣品寬度；T為樣品厚度；c與蒸發(fā)速率有關(guān)，在工質(zhì)穩(wěn)定上升過程中，蒸發(fā)速率越小，c越小，dh/dt與1/h越接近線性關(guān)系.當(dāng)樣品的結(jié)構(gòu)參數(shù)及工質(zhì)物性參數(shù)一定時，結(jié)合式(10)對毛細(xì)上升高度和毛細(xì)上升速度進(jìn)行最小二乘法擬合分析，可以獲得滲透率、有效毛細(xì)半徑和工質(zhì)蒸發(fā)速率.

為研究工質(zhì)蒸發(fā)對樣品毛細(xì)性能參數(shù)的影響，當(dāng)選取工質(zhì)為乙醇時，需分別結(jié)合式(5)和(10)對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，以獲得滲透率等毛細(xì)性能參數(shù)；當(dāng)選取工質(zhì)為水時，由于水的蒸發(fā)可忽略不計，只需要結(jié)合式(5)得到樣品的毛細(xì)性能參數(shù)即可.根據(jù)Moffat[21]提出的不確定度分析，該實驗主要的不確定度來源于毛細(xì)上升高度、毛細(xì)上升速度及材料孔隙率的測量，并通過式(5)和(10)傳遞給擬合導(dǎo)出的滲透率、有效毛細(xì)半徑及蒸發(fā)速率.本實驗的不確定度分析結(jié)果如表3所示.

表3 不確定度的實驗分析結(jié)果Tab.3 Experimental analysis results of uucertainty

4 實驗結(jié)果和討論

4.1 超親水表面處理對泡沫銅毛細(xì)性能的影響

通過實驗發(fā)現(xiàn)，乙醇在泡沫銅和超親水泡沫銅上均有明顯的毛細(xì)上升現(xiàn)象；而水僅在超親水泡沫銅上有明顯的毛細(xì)上升過程，在泡沫銅上無明顯的毛細(xì)上升現(xiàn)象.這是因為泡沫銅具有疏水性，水滴在泡沫銅表面無法鋪展和潤濕.乙醇在泡沫銅與超親水泡沫銅上的毛細(xì)上升曲線如圖4所示.

圖4 乙醇在泡沫銅與超親水泡沫銅上的毛細(xì)上升曲線Fig.4 The capillary rise curves of ethanol on copper foam and superhydrophilic copper foam

由圖4可知，乙醇在超親水泡沫銅和普通泡沫銅上的毛細(xì)上升速率(某時刻的瞬時速率)和最大上升高度有較大的差別.在毛細(xì)上升的初始階段(t≤10 s)，乙醇在超親水泡沫銅上的毛細(xì)上升速度和毛細(xì)上升高度高于普通泡沫銅，且隨著時間的推移，乙醇在普通泡沫銅和超親水泡沫銅上的毛細(xì)上升曲線逐漸分離；當(dāng)t>10 s時，乙醇的毛細(xì)上升高度在不同目數(shù)普通泡沫銅上均達(dá)到平衡狀態(tài)，而在超親水泡沫銅上仍繼續(xù)向上爬升，直至達(dá)到毛細(xì)平衡高度或材料高度，最終乙醇在超親水泡沫銅上的最大上升高度均高于普通泡沫銅.乙醇在超親水泡沫銅和普通泡沫銅上的毛細(xì)上升速率和最大上升高度的差異取決于泡沫銅的表面特性.經(jīng)過超親水表面處理后，在泡沫銅骨架上氧化形成了微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致泡沫銅的孔隙率顯著減小，從而使超親水泡沫銅能夠提供較大的毛細(xì)壓力.因此，超親水泡沫銅相比于普通泡沫銅具有更好的毛細(xì)性能，能夠提高乙醇的毛細(xì)上升速度，同時驅(qū)使乙醇在其表面穩(wěn)定地上升較長一段時間.

4.2 泡沫銅目數(shù)對其毛細(xì)性能的影響

水在不同超親水泡沫銅樣品上的毛細(xì)上升曲線如圖5所示.結(jié)合圖4和5可以看出，不同目數(shù)對兩種泡沫銅的影響有所不同，目數(shù)對于超親水泡沫銅的影響相比于普通泡沫銅更加明顯.由工質(zhì)在超親水泡沫銅上的毛細(xì)上升曲線可知，工質(zhì)在不同目數(shù)的超親水泡沫銅上的毛細(xì)上升速率差異較大，且隨著目數(shù)的增加，毛細(xì)上升速率表現(xiàn)出先增大后減小的變化過程.當(dāng)目數(shù)為80目時，工質(zhì)具有最大的毛細(xì)上升速率.而對于普通泡沫銅，乙醇的毛細(xì)上升速率則隨著普通泡沫銅目數(shù)的增加呈單調(diào)遞增.這是由于毛細(xì)上升速率隨目數(shù)的變化過程是毛細(xì)壓力及流動阻力的綜合影響結(jié)果，泡沫銅孔徑的差異使得流動阻力對超親水泡沫銅上的毛細(xì)上升速率的影響更大.

圖5 水在不同超親水泡沫銅上的毛細(xì)上升曲線Fig.5 The capillary rise curves of water on superhydrophilic copper foam at different mesh sizes

4.3 工質(zhì)種類對超親水泡沫銅上毛細(xì)上升曲線的影響

結(jié)合圖4和5可知，不同工質(zhì)在超親水泡沫銅表面的毛細(xì)上升速度有明顯的差異.與乙醇相比，水的毛細(xì)上升速度較大.這是由物性的差異及工質(zhì)的揮發(fā)性兩方面原因決定的.

(1) 物性的差異.由式(5)和(10)可知，影響毛細(xì)上升速度的主要因素為工質(zhì)的表面張力、動力黏度及樣品的毛細(xì)性能因子.由表2可知，與水相比，乙醇的表面張力較小，黏度較大.由式(4)可知，在毛細(xì)上升過程中，乙醇的毛細(xì)壓力較小，而摩擦阻力則較大，導(dǎo)致乙醇的毛細(xì)上升速度低于水的毛細(xì)上升速度.

(2) 工質(zhì)的揮發(fā)性：相比于水，乙醇在空氣中更容易蒸發(fā)，其在毛細(xì)上升前沿產(chǎn)生的蒸汽也同樣會降低毛細(xì)的上升速度.

4.4 毛細(xì)性能參數(shù)分析

多孔材料的綜合毛細(xì)性能特性通常用K/Reff來衡量，且不依賴于實驗工質(zhì)，即對于相同的樣品，乙醇和水的毛細(xì)上升過程所對應(yīng)的h-t曲線雖然不同，但所獲得的同一樣品的K/Reff應(yīng)為一致的[3].基于這一屬性，根據(jù)工質(zhì)的揮發(fā)性，結(jié)合不同理論模型擬合獲得不同工質(zhì)測試的毛細(xì)性能參數(shù).超親水泡沫銅毛細(xì)性能相關(guān)表征參數(shù)的擬合圖如圖6所示.由圖6可知：當(dāng)選取水為工質(zhì)時，基于式(5)的線性擬合的處理效果較好，表明可采取該種處理方法獲得超親水泡沫銅的毛細(xì)性能參數(shù)；而當(dāng)選取乙醇為工質(zhì)時，基于式(10)的非線性擬合的處理效果明顯優(yōu)于基于式(5)的處理效果.

圖6 不同工質(zhì)的擬合結(jié)果圖Fig.6 The fitting results for the different working fluids

結(jié)合不同理論模型(式(5)和(10))獲得的不同樣品的擬合結(jié)果如表4所示.由表4可知：對于超親水泡沫銅，進(jìn)行不同工質(zhì)實驗時，樣品目數(shù)越大，滲透率越小；而毛細(xì)壓力越大，毛細(xì)性能因子隨著目數(shù)的增加均表現(xiàn)出先增大后減小的變化過程，且在目數(shù)為80目時達(dá)到最高值.這與工質(zhì)在超親水泡沫銅上的毛細(xì)上升曲線變化過程一致.

當(dāng)工質(zhì)為乙醇時，采用式(5)和(10)獲得的毛細(xì)性能因子等毛細(xì)性能參數(shù)差異較大.基于未考慮蒸發(fā)影響的式(5) 獲得的毛細(xì)性能因子與水測試得到的結(jié)果偏差較大，毛細(xì)性能因子差異均大于13%，說明乙醇的蒸發(fā)對毛細(xì)上升過程有較大的影響，不能忽略.而采用考慮蒸發(fā)影響的式(10)得到的毛細(xì)性能因子與水測試得到的結(jié)果差異較小，毛細(xì)性能因子偏差均不超過7%.考慮到實驗誤差的影響，可以認(rèn)為對同一目數(shù)的超親水泡沫銅采用不同工質(zhì)進(jìn)行實驗均可得到相同的毛細(xì)性能因子.因此，對于乙醇等易揮發(fā)工質(zhì)，采用考慮工質(zhì)蒸發(fā)影響的理論模型計算樣品毛細(xì)性能更為合理，既提高了易揮發(fā)工質(zhì)測試毛細(xì)性能參數(shù)的準(zhǔn)確性，又改進(jìn)了現(xiàn)有毛細(xì)性能參數(shù)的表征方法.

與超親水泡沫銅不同的是，采用上述方法獲得的普通泡沫銅的毛細(xì)性能因子均隨著目數(shù)的增加而單調(diào)增加，該結(jié)果與工質(zhì)在普通泡沫銅上的毛細(xì)上升速率變化過程一致.

在通過式(10)獲得泡沫銅以及超親水泡沫銅的毛細(xì)性能參數(shù)的同時，也獲得了乙醇在毛細(xì)上升過程中的平均蒸發(fā)速率.由表4可知，乙醇在泡沫銅與超親水泡沫銅上的毛細(xì)上升過程中，其蒸發(fā)速率均在10-4量級.由表2可知，乙醇的表面張力是水的1/3，而黏度是水的1.2倍.結(jié)合式(5)和(10)可知，在毛細(xì)上升過程中，相比于蒸發(fā)帶來的影響，乙醇與水之間的物性差異是導(dǎo)致乙醇在超親水泡沫銅上毛

表4 不同樣品的擬合結(jié)果Tab.4 The fitting results for the different samples

細(xì)上升速度較慢的主要原因.此外，對比乙醇在泡沫銅與超親水泡沫銅上的蒸發(fā)速率可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)目數(shù)相同時，乙醇在超親水泡沫銅上的蒸發(fā)速率小于普通泡沫銅的蒸發(fā)速率.這可能是由于在相同的目數(shù)下，與泡沫銅相比，超親水泡沫銅的孔徑較小.根據(jù)Kelvin定理[20]，孔徑越小，多孔結(jié)構(gòu)中彎液面上的飽和蒸汽壓越低，傳質(zhì)推動力越小，故乙醇的蒸發(fā)速率較慢.

所制備的超親水泡沫銅的毛細(xì)性能與已有的吸液芯文獻(xiàn)研究結(jié)果對比如表5所示.由表5可知，由于超親水泡沫銅兼顧了滲透率和毛細(xì)壓力，其毛細(xì)性能因子較燒結(jié)銅粉有明顯的提升.其中，80目的超親水泡沫銅具有最優(yōu)的綜合毛細(xì)性能，作為一種新的吸液芯結(jié)構(gòu)有著較大的應(yīng)用潛力.此外，超親水泡沫銅易于加工處理成型，在傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景.

5 結(jié)論

本文通過實驗研究了水和乙醇在普通泡沫銅及超親水泡沫銅上的毛細(xì)上升過程，并結(jié)合不同的理論模型，獲得了超親水泡沫銅的毛細(xì)性能參數(shù).通過比較不同工質(zhì)在同一樣品上的毛細(xì)性能因子，研究了易揮發(fā)工質(zhì)的蒸發(fā)對毛細(xì)性能參數(shù)表征的影響，改進(jìn)了采用易揮發(fā)工質(zhì)測試樣品毛細(xì)性能參數(shù)的方法，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)地評價了超親水泡沫銅的毛細(xì)性能.主要結(jié)論如下：

(1) 當(dāng)工質(zhì)為乙醇時，不同理論模型獲得的毛細(xì)性能參數(shù)有較大的差異.當(dāng)考慮工質(zhì)蒸發(fā)時，乙醇與水測試得到的毛細(xì)性能因子更為一致，且可以獲得乙醇在樣品表面的平均蒸發(fā)速率.因此，對于易揮發(fā)工質(zhì)，考慮蒸發(fā)影響的方法可提高現(xiàn)有表征方法的準(zhǔn)確性，也為以后其他易揮發(fā)工質(zhì)的表征提供了實驗依據(jù).

(2) 不同目數(shù)對兩種泡沫銅的影響不同.目數(shù)對超親水泡沫銅的影響相較于普通泡沫銅更為明顯，且隨著目數(shù)的增加，超親水泡沫銅的毛細(xì)性能因子表現(xiàn)出先增大后減小的變化過程.80目的超親水泡沫銅的毛細(xì)性能因子最大，與泡沫銅的毛細(xì)性能因子單調(diào)增加的變化過程不同.

(3) 兩種泡沫銅的毛細(xì)性能有較大的差異.當(dāng)目數(shù)相同時，60目和80目的超親水泡沫銅相比于普通泡沫銅均表現(xiàn)出更佳的綜合毛細(xì)性能，且80目的超親水泡沫銅的毛細(xì)性能因子最高.與文獻(xiàn)結(jié)果相比，超親水泡沫銅兼顧了毛細(xì)壓力與滲透率，比燒結(jié)銅粉吸液芯具有更好的綜合毛細(xì)性能，更適用于兩相傳熱裝置.