液態金屬軟表面池沸騰傳熱的實驗研究*

曹春蕾 何孝天 馬驍婧2)? 徐進良2)

1) (華北電力大學, 低品位能源多相流與傳熱北京市重點實驗室, 北京 102206)

2) (華北電力大學, 電站能量傳遞轉化與系統教育部重點實驗室, 北京 102206)

池沸騰是一種高效的傳熱方式, 目前主要通過剛性固體表面改性強化沸騰傳熱.本文以乙醇為工質, 實驗研究了光滑銅表面和液態金屬軟表面池沸騰傳熱.發現液態金屬軟表面可有效降低沸騰起始點(ONB)壁面過熱度, 飽和沸騰時, ONB壁面過熱度從光滑銅表面的約18 ℃降低到軟表面的約6 ℃, 沸騰傳熱系數最大提高了149%.與光滑銅表面相比, 液態金屬軟表面增加了汽泡核化穴數量, 減小了汽泡尺寸, 提高了汽泡脫離頻率.觀察到軟表面彈性毛細波和汽泡射流現象.彈性毛細波增強了壁面熱邊界層熱質傳遞.發現汽泡脫離過程中, 汽泡尾部在液態金屬薄層內形成殘余核化穴, 殘余核化穴快速長大, 與上升的大汽泡聚合, 形成汽泡射流現象.彈性毛細波及汽泡射流解釋了液態金屬軟表面強化池沸騰傳熱的機理.

1 引 言

池沸騰廣泛用于許多熱能耗散系統的冷卻, 如大功率電子設備、熱交換器和核反應堆等.池沸騰是一種伴隨著汽液相變的高效能量傳遞方式[1], 與自然/強制對流相比, 在保持低過熱度的同時可以達到較高的熱流密度[2].目前, 很多學者提出大量強化表面結構來增強沸騰傳熱.由于表面改性方法和表面結構形式不同, 采用的方法主要分為機械/微電子加工技術……