有限空間微納雙尺度多孔表面沸騰傳熱機理研究

《有限空間微納雙尺度多孔表面沸騰傳熱機理研究》是依託中山大學，由莫冬傳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：有限空間微納雙尺度多孔表面沸騰傳熱機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：莫冬傳
• 依託單位：中山大學

中文摘要

有限空間沸騰廣泛存在於核反應堆、板式換熱器、電子元件器冷卻等工程套用中，其沸騰傳熱係數往往隨空間變小先增大再減小；而表面微納加工是強化沸騰傳熱的重要途徑，研究有限空間內微納結構多孔表面的沸騰現象有重要的學術意義和廣泛的套用前景。本項目將採用電化學陽極氧化方法製備不同的銅基微納雙尺度多孔表面，通過控制不同的表面微納結構及不同高度的有限空間研究其沸騰傳熱特性，獲得有限空間的高度對沸騰傳熱的影響規律，得到微納米雙尺度對多孔表面的毛細力、孔隙率以及滲透率的影響規律，揭示不同微納結構對沸騰傳熱的強化機理，得到不同高度時的最優表面結構；同時設計有限空間兩相傳熱器件（以平板熱管為例）並進行傳熱特性測試，獲得微-納米雙尺度多孔表面套用於有限空間兩相傳熱器件的傳熱規律，為實際套用提供科學依據。

結題摘要

摘要：(對項目的背景、主要研究內容、重要結果、關鍵數據及其科學意義等做簡單概述，1000字以內)： 表面微納加工是強化沸騰傳熱的重要途徑，研究有限空間內微納結構多孔表面的沸騰現象有重要的學術意義和廣泛的套用前景。本項目採用電化學方法可控制備微納雙尺度多孔表面（MNBPS），包括微納雙尺度多孔銅表面(Cu-MNBPS)和二氧化鈦納米管陣列；通過實驗研究不同材料以及表面微納結構對沸騰傳熱的影響，同時設計有限空間兩相傳熱器件並進行傳熱特性測試。相繼獲得以下成果： （1）獲得了不同材料製備多孔表面的方法，研究了對沸騰傳熱的影響。電沉積法製備的Cu-MNBPS有利於氣泡生成，可明顯強化沸騰傳熱。而陽極腐蝕的Cu-MNBPS由於表面結構毛細力弱，對沸騰傳熱提高有限。與Cu-MNBPS相比，二氧化鈦納米管陣列的凹坑難以形成有效的汽化核心，不一定能強化沸騰。 （2）得到了表面形貌對沸騰傳熱的影響規律。熱流密度小於130W/cm2時，單層Cu-MNBPS有利於氣泡的脫離，其傳熱效果要優於多層Cu-MNBPS；熱流密度大於130W/cm2時，多層Cu-MNBPS有更好的重新潤濕能力，其傳熱效果要優於單層的Cu-MNBPS。 （3）研究了加工表面厚度對沸騰傳熱的顯著影響效果。當熱流密度較低時，存在最優厚度使得沸騰換熱性能最佳。Cu-MNBPS的CHF隨著的厚度增加而增加，且CHF比單純的多孔銅燒結表面要更高。當Cu-MNBPS厚320μm時，其CHF可超過250 W/cm2。 （4）發現了Cu-MNBPS區別於一般多孔表面的重要特性：當壁面過熱度到達一定溫度後，其孔壁上的納米尺度（亞微米）尺度結構形成大量的活化中心，其壁面過熱度幾乎不再隨著熱流密度的上升而上升。 （5）完成了平板熱管、環路熱管、蓄熱器等有限空間傳熱器件內的性能測試。由於Cu-MNBPS大尺度的孔徑可以減小流動的阻力、而小孔徑可以增大毛細力，採用Cu-MNBPS毛細芯的平板環路熱管可比採用10μm的銅粉燒結毛細芯的平板環路熱管的蒸發器溫度降低約10℃，熱阻降低約1/3。 本項目已發表研究SCI論文3篇，EI論文3篇（包括1篇已接收），參加國際會議與國內會議各4次，其中獲得第十四屆全國熱管會議優秀論文獎。已經畢業1個博士，1個碩士。