潤濕性對微通道表面池沸騰換熱影響的實驗研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的推進，無論是對高耗能行業(yè)的節(jié)能需求，還是對新興高科技領(lǐng)域內(nèi)高熱流電子器件的散熱需求，都對強化換熱技術(shù)提出了更高的要求。表面結(jié)構(gòu)與表面潤濕性對沸騰換熱的影響一直是科技工作人員的主要研究對象，近年來電刷鍍表面制備技術(shù)與非均勻潤濕性理念的提出為提高沸騰換熱系數(shù)與臨界熱流密度提供了重要途徑。這在今后的工業(yè)應(yīng)用中有著巨大的潛力，因此有必要對表面潤濕性與表面結(jié)構(gòu)強化傳熱機理進行研究。
　　本文主要以實驗方法為主，綜合表面結(jié)構(gòu)與潤

2、濕性兩種強化技術(shù)，在大氣壓條件下，研究了表面結(jié)構(gòu)、潤濕性對微通道表面沸騰換熱影響。主要研究工作內(nèi)容與結(jié)論如下:
　　(1)設(shè)計并搭建了電刷鍍操作系統(tǒng)，結(jié)合電刷鍍工藝和納米Ag顆粒在紫銅表面上制備了親水性的微米結(jié)構(gòu)（表面接觸角為13.4°）與超親水性的微/納米復(fù)合表面（表面接觸角為6.1°）。類似的，采用高溫氧化方法在紫銅表面制備了超親水性的納米結(jié)構(gòu)表面（表面接觸角8.6°），并采用表面改性技術(shù)對親水性表面進行修飾，疏水性、超疏水性

3、表面，表面接觸角分別為133.0°，156.2°，148.6°;
　　(2)采用掃描電鏡觀測到微米結(jié)構(gòu)表面布滿尺寸在10mm左右的Ni球，粗糙度為1.46μm，微/納米復(fù)合結(jié)構(gòu)表面上為納米Ag顆粒附著在微米Ni球上，粗糙度為1.35μm，納米表面上分布均勻的尺寸為100～150 nm的納米Cu顆粒，粗糙度為1.15μm;
　　(3)采用電刷鍍與表面改性技術(shù)在紫銅上制備了親水/超親水、超親水/超疏水的非均勻潤濕性表面，通過液體

4、在非均勻潤濕性界面上的可視化研究發(fā)現(xiàn)非均勻潤濕性界面兩側(cè)的接觸角差異越大，液滴運動速度越快。在親水/超親水性表面上存在由于Rayleigh不穩(wěn)定性導(dǎo)致了在液滴滑移的過程中有小液滴脫離并停留在了非均勻潤濕性界面的親水側(cè);
　　(4)設(shè)計并搭建了池沸騰換熱實驗系統(tǒng)，采用Rohsenow經(jīng)驗式對實驗系統(tǒng)進行了驗證，證明了獲得數(shù)據(jù)的合理性;
　　(5)采用電火花切割工藝在紫銅表面制備微通道結(jié)構(gòu)，并在微通道結(jié)構(gòu)上制備超親水性微/納米復(fù)

5、合結(jié)構(gòu)與納米結(jié)構(gòu)換熱表面，分別對兩種超親水換熱表面進行池沸騰換熱實驗，超親水微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)與納米結(jié)構(gòu)換熱表面的臨界熱烈密度分別較紫銅平表面增加110％與120％，換熱系數(shù)較紫銅平表面增加了3倍與29倍，微/納米復(fù)合表面沸騰起始點較紫銅平表面升高0.7℃，納米結(jié)構(gòu)表面較紫銅表面降低6.6℃;
　　(6)采用低表面處理工藝對微通道表面的超親水微/納米復(fù)合結(jié)構(gòu)與納米結(jié)構(gòu)換熱表面進行表面修飾，使之潤濕性降低，變?yōu)槌杷?納米復(fù)合結(jié)構(gòu)與超

6、疏水納米結(jié)構(gòu)換熱表面。經(jīng)過池沸騰換熱實驗，超疏水微/納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的臨界熱烈密度較紫銅平表面增加60％，超疏水納米結(jié)構(gòu)換熱表面的臨界熱烈密度較紫銅平表面降低了8％，換熱系數(shù)較紫銅平表面增加了45％與115％，微/納米復(fù)合表面的沸騰起始點低于3.5℃，納米結(jié)構(gòu)表面較紫銅表面降低2.0℃;
　　(7)采用電火花切割工藝分別在超親水性納米結(jié)構(gòu)表面(8.6°)，光滑紫銅表面(88.6°)與疏水性納米結(jié)構(gòu)表面(148.6°)制備微通道結(jié)構(gòu)，微