潤(rùn)濕性對(duì)微通道表面池沸騰換熱影響的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的推進(jìn)，無論是對(duì)高耗能行業(yè)的節(jié)能需求，還是對(duì)新興高科技領(lǐng)域內(nèi)高熱流電子器件的散熱需求，都對(duì)強(qiáng)化換熱技術(shù)提出了更高的要求。表面結(jié)構(gòu)與表面潤(rùn)濕性對(duì)沸騰換熱的影響一直是科技工作人員的主要研究對(duì)象，近年來電刷鍍表面制備技術(shù)與非均勻潤(rùn)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(duì)表面潤(rùn)濕性與表面結(jié)構(gòu)強(qiáng)化傳熱機(jī)理進(jìn)行研究。
　　本文主要以實(shí)驗(yàn)方法為主，綜合表面結(jié)構(gòu)與潤(rùn)

2、濕性兩種強(qiáng)化技術(shù)，在大氣壓條件下，研究了表面結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕性對(duì)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(jì)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(duì)親水性表面進(jìn)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(cè)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(rùn)濕性表面，通過液體

4、在非均勻潤(rùn)濕性界面上的可視化研究發(fā)現(xiàn)非均勻潤(rùn)濕性界面兩側(cè)的接觸角差異越大，液滴運(yùn)動(dòng)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(rùn)濕性界面的親水側(cè);
　　(4)設(shè)計(jì)并搭建了池沸騰換熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用Rohsenow經(jīng)驗(yàn)式對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)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(duì)兩種超親水換熱表面進(jìn)行池沸騰換熱實(shí)驗(yàn)，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(diǎn)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(duì)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(jìn)行表面修飾，使之潤(rùn)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(shí)驗(yàn)，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(diǎn)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