局部表面改性紫铜方柱阵列池沸腾传热特性和机理

以局部表面改性的紫铜直方柱和梯度方柱阵列为研究对象,实验研究了表面润湿性、表面形貌和表面活性剂对池沸腾换热性能和气泡生长特性的影响。实验工质为去离子水,浓度分别为100、200、400、800 mg·L-1的异丙醇溶液和正庚醇溶液。实验结果表明:方柱阵列表面镀银之后润湿性变差,表面产生的气泡数量减少。向去离子水中添加异丙醇或正庚醇后,在热通量为66.1～202 kW·m-2时,气泡脱离直径变小、数目减少,而当热通量增至413 kW·m-2时,活性剂能够有效阻碍气泡合并,故池沸腾传热系数随着浓度增加先减小后增大。上下层宽分别0.5 mm和1 mm、间距为2 mm的梯度方柱阵列结构有助于气泡的合并,但由于促进了固体表面气膜的形成,从而降低了沸腾换热性能。

表面改性紫铜方柱阵列的池沸腾传热特性

利用化学沉积法,将紫铜方柱阵列和梯度方柱阵列下表面镀银,改变其润湿特性,然后通过实验研究了表面形貌、表面润湿性和表面活性剂对池沸腾传热性能的影响。实验结果表明,紫铜方柱阵列镀银之后换热性能变差,主要原因是产生的气泡体积减小、脱离周期变长。而梯度方柱阵列,由于气泡容易合并从而在表面局部形成气膜,阻碍了周围水分的补充,进一步削弱了换热。加入异丙醇或者正庚醇之后,液体表面张力变小。在低热流密度时,汽化核心数量减少、气泡体积减小,从而池沸腾换热能力减弱,当热流密度q=66.12kW/m^2时,随着质量浓度增大换热系数减小。在高热流密度时,加入异丙醇或正庚醇能够有效阻碍加热表面气膜的形成,因此随着质量浓度增大,换热能力逐渐增强。