微柱复合多孔介质沸腾换热特性实验研究

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1、学校代码10459学号或申请号201512232824密级硕士学位论文微柱复合多孔介质沸腾换热特性实验研究作者姓名：尹德蓉导师姓名：曹海亮副教授学科门类：工学专业名称：热能工程培养院系：化工与能源学院完成时间：2018年4月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterExperimentalInvestigationofPoolBoilingHeatTransferCharacteristicsonMicro-squareColumnwithPor

2、ousMediumSurfaceByDerongYinTutor:AssociateProf.HailiangCaoThermalEnergyEngineeringSchoolofChemicalandEnergyEngineeringApril,2018摘要摘要沸腾传热具有占据空间小，换热性能好的优点，是一种高效散热方式，广泛应用于各种领域。换热表面形貌和结构对沸腾换热性能有至关重要的影响，本论文考察了微柱复合多孔介质结构表面对池沸腾换热性能的影响，进行了相应的实验和分析，为强化沸腾换热提供了实验依据。本文首先根据

3、实验要求设计、搭建了可视化池沸腾实验系统。分析装置的原理和测试方法，介绍了实验数据的采集过程，数据的处理方法及误差分析。然后根据实验预想设计并制备了光滑表面、均匀泡沫铜表面和微柱复合多孔介质表面。制备微柱复合多孔介质表面主要包括焊材的选择，泡沫铜的焊接和微柱表面的加工。并以去离子水为实验工质，实验测试了光滑表面、均匀泡沫铜表面和微柱复合多孔介质表面的池沸腾换热性能；结合表面结构特点，深入分析不同结构表面换热特性，气泡动态变化和强化沸腾机理。本文的主要内容及研究成果总结如下：（1）分析微柱复合多孔结构表面沸腾换热特性，

4、并与均匀泡沫铜表面、光滑表面进行比较，发现：在相同的壁面过热度下，基本上微柱复合多孔介质表面的热流密度、表面换热系数均高于均匀泡沫铜表面、光滑表面；在实验范围内，微柱复合多孔结构表面的最大热流密度为3.31×106W.m-2，约为均匀泡沫铜表面临界热流密度（2.17×106W.m-2）的1.52倍，为光滑表面临界热流密度(1.15×106W.m-2)的2.87倍；微柱复合多孔介质表面在实验范围内的最大换热系数值为1.43×105W.m-2.K-1，是均匀泡沫铜表面最大换热系数（0.58×105W.m-2.K-1）的2

5、.47倍，是光滑表面最大换热系数（0.51×105W.m-2.K-1）的2.8倍。低壁面过热度的情况下，达到较高的热流密度，使表面换热效果得到显著提高。h3.2w0.3表面换热性能最好。此外，随着微柱的高度增加，换热效果最优表面对应的柱间距逐渐减小。（2）相同壁面过热度条件下，随着柱间距和微柱的高度的增加，气泡脱离直径略有增加，但是变化并不明显，而是随着壁面过热度的增加，气泡脱离直径增大，所测数据中，微柱复合多孔介质表面的最大脱离直径为2.38mm，最小为0.56mm，小于光滑表面气泡脱离直径（2.24mm-2.64

6、mm），大于均匀泡沫铜I摘要表面的气泡脱离直径（0.58mm-1.06mm）。（3）气泡脱离频率和成核密度随着壁面过热度的增加而增加。微柱复合多孔介质结构表面与均匀泡沫铜表面的沸腾起始点所需壁面过热度均低于光滑表面。微柱复合多孔介质表面气泡脱离频率、成核密度随柱间距的减小而增大。（4）分析微柱复合多孔介质表面在低、中、高热流密度下对沸腾换热性能的强化机理。微柱表面增加换热面积，气泡在柱间间隙运动、脱离，减小气泡脱离阻力，泡沫铜增加了汽化核心，增强液体补充能力，使表面沸腾换热效果增强。关键词：池沸腾换热核态沸腾微柱复合

7、多孔介质表面气泡动态IIAbstractAbstractBoilingheattransferhasadvantagesofoccupyingsmallspaceandgoodheattransferperformance,isanefficientheatdissipationmethodandiswidelyusedindifferentfields.Thesurfacemorphologyandstructureoftheheattransfersurfacehaveacrucialinfluenceonthe

8、boilingheattransferperformance.Thispaperfocusesontheinfluenceofthesurfaceofthemicro-squarecolumnwithporousmediumstructureonthepoolboilingheattransferperformance,doneexperime