《幹道式多孔結構蒸發/沸騰傳熱特性的研究》是依託北京航空航天大學，由柏立戰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：幹道式多孔結構蒸發/沸騰傳熱特性的研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：柏立戰
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，隨著科學技術飛速發展，許多領域特別是一些尖端技術領域對高熱流密度（100-1000W/cm2）傳熱技術提出迫切需求。為解決相關領域因熱問題出現的發展瓶頸，需進一步提高蒸發/沸騰傳熱臨界熱流密度（CHF）及傳熱性能，是目前工程熱物理學科具有挑戰性的前沿課題。申請人基於相分離與調製的概念，對傳統多孔結構法進行結構改進，提出將幹道式多孔結構套用於蒸發/沸騰傳熱。幹道式多孔結構的套用，能夠主動調節蒸發/沸騰傳熱氣液相變界面位置，合理規劃蒸汽與液體的流動路徑，從而大大減小劇烈蒸發/沸騰傳熱過程嚴重的氣液逆流阻力，達到顯著提升CHF的目的。課題開展以可視化實驗研究為主，並輔以一定的理論建模與分析，最終獲得幹道式多孔結構蒸發/沸騰傳熱係數，揭示幹道式多孔結構蒸發/沸騰傳熱CHF的物理機制並建立其理論模型，探討幹道式多孔結構蒸發/沸騰傳熱機理與特性，提升我國在高熱流密度傳熱技術領域的科技水平。
結題摘要
近年來，隨著科學技術的快速發展，許多領域特別是一些尖端技術領域對高熱流密度傳熱技術提出迫切需求，受到國際傳熱屆和相關套用領域的高度關注。為解決相關套用領域由於熱問題導致的發展瓶頸，需大幅提高沸騰傳熱臨界熱流密度（CHF）以及傳熱性能，成為目前工程熱物理學科具有挑戰性的國際前沿研究方向。本項目基於“相分離與調製”的概念，對傳統的多孔結構法進行結構改進，提出幹道式多孔結構套用於蒸發/沸騰傳熱強化。幹道式多孔結構的套用能夠主動調節蒸發/沸騰傳熱過程氣液相變界面位置，合理規劃蒸汽與液體的流動路徑以及熱流傳輸路徑，大大減小劇烈蒸發/沸騰傳熱過程嚴重的氣液逆流阻力，達到顯著提升CHF的目的。搭建幹道式多孔結構蒸發/沸騰傳熱可視化實驗台，包括沸騰池、加熱系統、溫度數據採集系統、攝像系統等，對不同結構參數的幹道式多孔結構的蒸發/沸騰傳熱特性開展系統深入的實驗研究，考察了多孔結構與加熱壁面連線方式、蒸汽槽道深度以及多孔結構有效孔徑等參數對蒸發/沸騰傳熱性能的影響。根據實驗結果，得出以下結論：（1）加熱表面與多孔結構的連線方式對幹道式多孔結構蒸發/沸騰傳熱性能影響很大，應儘量減小兩者間的接觸熱阻，如採用銀焊等連線方式。（2）銅粉顆粒越小，毛細抽吸越強而滲透率變差，兩者之間的制衡使得存在最佳的多孔結構顆粒粒徑，達到最高的蒸發/沸騰傳熱CHF以及傳熱性能。（3）幹道越深，排氣阻力越小，故適當增大幹道深度有利於提高高熱流情形的傳熱性能。在實驗所涉及的參數組合中，中等大小的多孔結構有效孔徑與中等程度的開槽深度表現最佳，在0.78cm2的加熱面積上達到了610 W/cm2的最大熱流密度，而未觀測到明顯的膜態沸騰現象，成功達到預期目標。此外，通過對氣液行為的觀察，總結出幹道式多孔結構池沸騰的四種沸騰傳熱形式。最後，通過進行理論建模，揭示了幹道式多孔結構達到CHF的物理機制，並分析了幹道式多孔結構在很高的熱流密度時的失效機理。
