《電場作用下單個沸騰汽泡的成核機理與換熱特性研究》是依託上海交通大學，由全曉軍擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：電場作用下單個沸騰汽泡的成核機理與換熱特性研究
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：全曉軍
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬採用理論分析、實驗研究和數值模擬相結合的方法，對單個沸騰汽泡在電場作用下的成核機理、生長及換熱特性等進行下列研究:（1）基於非平衡熱力學原理，推導電場作用下系統的廣義化學勢，由相平衡條件建立電場作用下沸騰汽泡成核的臨界半徑、壁面臨界溫度梯度和成核臨界功的物理和數學模型，完善經典成核理論對電場作用下汽泡成核的描述；（2）利用MEMS技術製造微加熱器和人造汽化核心的技術，產生可控的單個沸騰汽泡。藉助高速攝像可視化技術，開展單個沸騰汽泡生長和脫離的實驗研究，揭示電場作用下沸騰換熱的微觀細節與汽泡動力學特性；（3）採用Level set方法進行汽/液界面追蹤，通過微觀區域與巨觀區域耦合求解的數值方法，模擬單個沸騰汽泡在電場作用下的生長及其動態特性，豐富對電場強化沸騰換熱機理的認知。
結題摘要
理論研究：基於Gibbs自由能和有效能的變化，考慮溫度梯度和電場作用的影響，建立了非均相成核的熱力學模型，分析了表面親疏水性、表面微粗糙度以及外加電場對沸騰成核臨界半徑及成核功的影響。過熱表面非均相沸騰成核的熱力學分析表明：(1) 沸騰汽泡的臨界成核半徑和成核功隨接觸角的增加而減小，即疏水表面更易於成核；(2) 表面微結構的曲率半徑在汽泡半徑的5-100倍範圍內時，其對成核過程的促進作用較大，超出這個範圍後，表面微粗糙結構的影響可以忽略而表面親疏水性的影響起到主要作用；(3) 考慮介電常數隨溫度變化的因素，推導出電場作用下非均相成核Gibbs自由能及可用能大小，分析發現成核臨界半徑及成核能量壁壘隨著外加電場強度的增強而增大，說明成核變得更加困難。 實驗研究：用雷射干涉法結合高速攝影技術清晰地記錄了單個沸騰汽泡生長過程中微液層干涉圖樣的變化過程，研究汽泡底部彎月面動態變化特性以及分析了乾區出現後三相接觸線、微液層接觸角、汽泡基圓半徑和微液層體積的變化規律。實驗結果發現：(1) 汽泡生長過程中，微液層接觸角呈現出線性遞減的變化趨勢；(2) 在乾區出現之前汽泡基圓半徑變化非常劇烈，在乾區出現之後汽泡基圓半徑的變化趨勢趨於平緩；(3) 汽泡生長初期，微液層體積迅速膨脹。在乾區出現後，微液層體積隨著時間的變化開始逐漸減小。
