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题名微纳尺度池沸腾表面润湿性的气泡成核及强化传热机制
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作者
白依冉
翟玉玲
戴晶慧
李舟航
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机构
昆明理工大学省部共建复杂有色金属重点实验室
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出处
《化工进展》
北大核心
2025年第2期743-751,共9页
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基金
国家自然科学基金(52266002)。
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文摘
为了研究加热表面润湿性对传热的影响,以纳米铜基板上液氩的池沸腾过程为研究对象,从微观角度探究疏水/亲水性表面的气泡成核过程,进而揭示微纳尺度下池沸腾强化传热机制。使用大规模原子/分子并行模拟器LAMMPS构建Cu-Ar池沸腾模型,通过改变界面能量系数α调节表面润湿性程度。在加热温度160K下,研究了α(疏水性α=0.2、0.4、0.5,中性α=1.0以及亲水性α=1.5和2.0)对气泡生长、合并及破裂过程的影响规律。通过气泡核体积、液氩吸收的热流密度以及界面热阻从微观角度分析了铜基板表面液氩池沸腾中的传热机制。结果表明:当α=0.2(超疏水性)时,加热表面向液体的传热量小,界面热阻较大,无气泡生成;当α从0.4增大到2.0时,气泡成核和液膜脱离基板时间分别从7ns缩短到4ns、从8.5ns提前至7ns;在沸腾起始时刻,当α从0.4增大到2.0时,气泡核体积从291.1nm^(3)增大到373.4nm^(3),热流密度从130k W/cm^(2)增大到161.3k W/cm^(2),分别提高了22.1%和19.4%。说明亲水表面比疏水表面具有更强的液固相互作用,在沸腾过程中液氩持续吸收热能,促进了气泡的生长和合并,使气泡成核体积增大。同时,亲水性表面的液膜在气膜形成前吸收了更多的热能,界面热阻更低。总之,亲水性表面提供了更有利的沸腾条件,缩短液-气相的转变时间,加速了气泡成核以及气膜的形成,提高了气泡成核及沸腾传热的效率。
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关键词
气泡成核
表面润湿性
沸腾过程
强化传热
分子动力学
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Keywords
bubble nucleation
surface wettability
boiling process
heat transfer enhancement
molecular dynamic
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分类号
TK124
[动力工程及工程热物理—工程热物理]
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题名微/纳双尺度复合多孔结构对沸腾传热性能的影响
被引量：5
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作者
冉令鸿
郎中敏
吴刚强
高向阳
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机构
内蒙古科技大学化学与化工学院
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出处
《中国电机工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2022年第7期2630-2637,共8页
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基金
国家自然科学基金项目(21868022)。
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文摘
采用溶胶–凝胶法制备了纳米孔隙尺度的珊瑚状结构氧化铜粉体,通过还原烧结法制得微纳米双尺度复合多孔传热表面(micro-nanodual-scale composite porous heat transfer surface,MNPS),研究其结构对沸腾传热性能的影响,并对其沸腾过程可视化进行了验证。实验发现:该表面颗粒间孔隙直径在1~2μm之间,颗粒内存在约为100nm且均匀分布的珊瑚状网络孔道。在实验范围内,以乙醇为沸腾工质,纳米孔道尺度在80~130nm,微米孔道尺度在1~1.5μm(micron pores accounted for 0.15,MP0.15)时,MNPS传热性能最佳,约为光滑表面的7倍,是微米孔道尺度在0.8~1.0μm(MP0.00)的1.4倍。由沸腾过程(charge coupled device,CCD)可视化得出,MNPS微米孔道可显著增加活性核化位点,提高气泡核化密度;MNPS纳米孔道在毛细吸力作用下,可增强液相回流,延缓膜沸腾的形成。2种尺度孔隙协同可降低气泡逸出与液相回流之间的阻力,实现强化传热。
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关键词
沸腾传热
强化传热
多孔介质
双尺度结构
沸腾过程可视化
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Keywords
boiling heat transfer
enhanced heat transfer
porous media
two-scale structure
visualization with charge coupled device
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分类号
TM61
[电气工程—电力系统及自动化]
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