一、沸腾换热及临界热流的动态微液层模型（论文文献综述）
王超杰[1]（2021）在《表面润湿性对单汽泡池沸腾影响的可视化实验研究》文中研究指明沸腾换热是一种高效稳定的传热方式,在电子元器件、核反应堆运行等工业领域得到重要而广泛的应用。在池沸腾过程中,换热表面开始出现汽泡至汽膜形成之前为核态沸腾阶段。核态沸腾具有换热表面温差小、传热强的优势,是沸腾换热过程中重点研究对象。沸腾过程存在着复杂的相变现象,主要发生在汽泡接触线的固汽液界面处,并且在沸腾过程中换热效果受汽泡行为的影响。换热表面润湿性的改变也将影响汽-固-液交界面处的表面张力,直接影响汽泡的生长和脱离。孤立汽泡池沸腾对揭示汽泡生长行为对沸腾换热的影响有着重要作用。常规的机械加工表面沸腾实验常出现多个汽泡同时生成的情况,造成汽泡间的相互遮挡及合并等。因此,本研究主要目的是通过制作人工孔穴加热表面以实现汽泡孤立生长,探索在单汽泡池沸腾过程中,人工孔穴大小以及表面润湿性对单汽泡动力学特性的影响,以揭示汽泡行为对核态沸腾换热的影响。本文通过机械微加工在铜加热表面生成直径分别为110μm和167μm半圆球状孔穴,并利用环氧树脂涂层代替硅橡胶进行换热面周围的绝热和密封,实现孤立汽泡池沸腾过程。通过高速摄像机记录汽泡生长过程的汽泡基圆半径、体积、接触角等形态学参数的变化,并通过PIV实验获得汽泡在生长脱离等过程中其周围流场的改变。进一步制作静态接触角为40.3°和69.3°的两种润湿性换热表面,对比在不同润湿性换热表面单汽泡的形态学参数及换热性能的变化。实验结果表明,本实验装置可以实现核态沸腾过程中汽泡的孤立生长。汽泡脱离频率随着壁面过热度的增加而增加,通过对不同过热度下尾流拖曳力的计算可以得出汽泡脱离频率随着已脱离汽泡拖曳力的增大而增大。通过不同大小人工孔穴的实验对比发现,人工孔穴直径对汽泡的行为有着较大的影响,孔穴直径较大的换热表面汽泡生长周期较短,脱离时刻接触角较大,体积较小。表面润湿性对汽泡行为有着重要影响,接触角40.3°的换热表面较难产生汽泡。不同润湿性换热表面上汽泡生成等待时间均随汽泡生长时间的增大而增大。静态接触角69.3°的换热表面汽泡等待时间远远小于接触角40.3°的换热表面,生长时间远远大于接触角40.3°的换热表面。
潘丰[2]（2021）在《汽化核心对核态沸腾换热影响的流-热耦合研究》文中研究说明随着微纳米加工技术和表面改性技术的提高,沸腾换热强化技术近年来得到了迅速的发展。但由于沸腾换热过程的复杂性,其中的流动换热机理仍远未清晰。为探究核态沸腾过程中近壁面的汽泡动力学行为与加热表面沸腾换热过程间的相互作用,本文首先发展了两相流动-微液层蒸发-壁面传热的流-热耦合分析方法,模拟了单汽泡和双汽泡沸腾过程中汽泡生长过程以及壁面温度的变化,并通过单汽泡沸腾实验验证了微液层蒸发机理的合理性。进一步对高热流密度沸腾中的汽泡合并过程和加热表面的传热特性进行了模拟分析。创新性内容包括:首先,发展了包括固体热传导、微液层蒸发和两相流动计算的流-热耦合方法,从而可以模拟沸腾过程中汽泡生长和脱离时加热表面温度在时间和空间的变化。其中,汽泡生长所需要的蒸汽根据汽泡底部微液层的蒸发确定。流体侧相界面的移动则基于OpenFOAM中的VOF（Volume of Fluid）模型进行捕捉。根据两相流动计算中汽泡根部的位置和微液层的厚度分布可确定传热计算中加热表面的自然对流、微液层蒸发和干区三部分区域的实时变化。传热计算中沸腾换热表面的热流密度边界条件则由此三部分决定。采用该方法对文献中单汽泡沸腾的实验结果进行了模拟,结果表明,本方法可以较好地模拟汽泡生长直径、微液层分布和加热表面温度变化。进一步,采用流-热耦合方法分析了沸腾过程中热流密度和壁面接触角对汽泡脱离特性的影响。结果表明,热流密度的增大导致汽泡脱离直径增大、汽泡脱离频率升高。而且,连续汽泡间的尾流作用随热流密度增大而增强,使汽泡较早脱离,从而导致长短汽泡脱离周期交替出现。壁面接触角的增大会引起汽泡的脱离直径增大,而且,由于汽泡生长过程中底部微液层覆盖区域较大,沸腾换热系数较大。另外,还分析了孔穴开口直径和加热表面材质对汽化核心活化行为的影响。随着孔穴开口直径的减小,其活化所需的过热度逐渐升高,导致汽化核心活化前会出现等待时间。随着热流密度升高,等待时间会缩短甚至消失。相比于导热性能较差的硅表面,铜表面上汽泡生长过程中加热表面温度分布较均匀且回升速度较快,等待时间较短。模拟结果表明导热性较好的换热表面有利于沸腾换热过程的强化。在单汽泡沸腾模拟基础上进一步进行了双汽泡沸腾过程模拟。结果表明,由于受到相邻汽化核心上方的已脱离汽泡产生的尾流作用力的影响,双汽化核心上的汽泡会在生长和上升过程中相互吸引和靠拢。这种汽泡间的相互干扰同时也会引起双汽化核心间的交替活化,导致加热表面温度出现不同周期的波动。同时,较大尺寸的汽化核心对较小尺寸汽化核心的活化存在抑制作用,引起较小尺寸的汽化核心发生间歇性活化。而且,汽化核心开口直径差别越大,较小尺寸的汽化核心活化前的等待时间越长,抑制作用越明显,导致加热表面整体的传热性能减弱。进一步基于单汽泡池沸腾实验获得了完整的汽泡生长时序图像,并通过图像处理测量了汽泡在一个生长周期中的直径、纵横比和汽泡基圆半径变化。通过相关性分析发现,汽泡体积变化速率与汽泡根部基圆半径的变化呈显着正相关,表明汽泡底部基圆半径内侧的微液层蒸发在孤立汽泡沸腾过程中起主导作用。以汽泡基圆半径和脱离周期的实验数据为已知条件,对固体加热器进行了传热数值分析,通过匹配实验中测得的加热器内各点温度,预测了实验条件下汽泡底层的微液层厚度,与相关测量结果有很好的一致性。针对活化点密度较高的高热流密度区域,首先通过可视化实验对孤立汽泡的连续合并以及二次汽泡的形成和发展过程进行观测,确立了固汽液界面厚液层蒸发模型的合理性。进一步聚焦于沸腾固汽液界面,基于厚液层蒸发建立了高热流密度沸腾传热的耦合模型。模型中将沸腾换热表面分层划分为诸多子区域,每一子区域中孔穴大小和数量随机分布。需要辨别微米量级孔穴时则进一步将子区域划分为更细的网格。随着子区域内孔穴逐渐活化,二次汽泡首先在子区域内形成,并逐渐与周围子区域汽泡合并形成更大的二次汽泡。通过厚液层蒸发模型获得的加热表面热流密度作为壁面热传导计算的边界条件,实现了高热流密度区的沸腾传热过程模拟。进而,在加热表面上随机布置了不同数目的孔穴,分析了加热表面粗糙度对加热表面换热性能的影响。结果表明:预测所得沸腾曲线与实验结果基本相符,加热表面粗糙度的增大导致沸腾曲线左移,同时,粗糙表面上的活化点密度对壁面温度波动更为敏感,从而引起交替出现的长短周期。
毛兰[3]（2021）在《自组装碳纳米材料涂层表面沸腾强化换热研究》文中提出随着电子科技和通信行业的快速发展,5G通讯和高功率密度电子器件等的散热问题更加突出,亟需发展高效低能耗的沸腾强化换热技术。同时,强化沸腾换热技术能有效降低冷却能耗,减少冷却用电和碳排放,对实现“碳达标”和“碳中和”目标具有重要意义。大量研究表明,得益于碳纳米材料的优异导热性、化学性能和机械强度,碳纳米材料涂层技术可有效增强表面的沸腾换热性能,是一种高效的强化沸腾相变换热技术,具有较强的工业应用潜力。沸腾自组装法步骤简单、成本低廉、易于大面积制备涂层,是理想的碳纳米材料涂层制备方法。因此,本文利用沸腾自组装法制备了能有效强化池沸腾换热性能的碳纳米材料涂层表面,系统研究了不同自组装碳纳米材料涂层表面的饱和池沸腾传热特性和汽泡动力学行为,获得了实验条件下的最佳沉积参数和池沸腾换热性能最佳的表面,并且分析了碳纳米材料涂层表面强化换热机理,建立了相应的临界热流密度（CHF）理论预测模型。本文先设计并搭建了可视化高热流密度实验平台,通过数值模拟发现,在实验器件耐受条件下,该实验平台可提供的最大加热热流达近1000 W·cm-2,可以满足各种微/纳尺度相变换热实验所需的加热热流。并且进一步通过光滑铜平面的可视化沸腾换热实验研究,验证了实验平台和实验方法的可靠性。基于可视化高热流密度实验平台,利用沸腾自组装法在铜衬底上成功制备了自组装氧化石墨烯（GO）纳米涂层表面。饱和池沸腾实验发现,该表面的CHF和最大换热系数（HTC）比原始光滑铜平面分别提高了 78%和41%,且CHF随过冷度增加线性增加,但HTC呈略微下降趋势。汽泡可视化观察发现,相比于光滑铜平面,GO纳米表面汽泡脱离直径减小,脱离频率和汽化核心数增加,汽泡合并缓慢。过冷沸腾时,GO纳米表面在中、高加热热流密度区产生了微汽泡喷射现象,微汽泡的数量和喷射频率随过冷度增加而增加。进一步系统探究了不同沉积参数下GO纳米表面的换热性能,得到了实验条件下的最佳沉积热流、沉积时间和沉积浓度分别为100 W·cm-2、2.5 h和1.6×10-4 wt.%,沸腾换热性能最佳的GO纳米表面的CHF和最大HTC分别达到了 261 W·cm-2和9.1 W·cm-2·K-1。重复沸腾实验发现,最佳GO纳米表面的HTC随沸腾次数变化不大,也没有出现脱落现象,表明该表面有较好的稳定性和耐久性。不同于GO,多壁碳纳米管（MWCNTs）特有的类纤维结构使其易自组装形成多孔网络涂层,有利于HTC的提高。因此,在前期实验基础上,利用沸腾自组装法制备了不同沉积参数下的自组装MWCNTs纳米涂层表面,得到了最佳沉积浓度为4.0×10-5 wt.%,最佳沉积时间在50 min左右。利用最佳沉积参数制备了沸腾换热性能最佳的MWCNTs纳米表面,其CHF和最大HTC分别达到了 218 W·cm-2和10.7 W·cm-2·K-1,比原始光滑铜平面分别提高了 87%和73%,且起沸点（ONB）对应的壁面过热度降低了 38%。可视化观察结果发现,与原始光滑铜平面相比,MWCNTs纳米表面的汽泡脱离直径减小,脱离频率增加,汽化核心密度增加了约1.5倍,且汽泡合并更缓慢。另外,20次重复沸腾实验显示,该表面具有较好的稳定性和耐久性。对比分析发现,相比于最佳GO纳米表面,最佳MWCNTs纳米表面的CHF降低了 17%,但在相近加热热流下HTC增加了～30%。说明GO纳米片沉积形成的高导热二维层状结构涂层更有利于表面CHF的提高,而MWCNTs沉积形成纳米多孔结构涂层能使表面的HTC得到更大增强。因此,进一步制备了自组装GO/MWCNTs复合涂层表面,实验发现,其CHF和最大HTC分别达到了 230 W·cm-2和12.4 W·cm-2·K-1。表明该复合表面集合了 GO和MWCNTs两种涂层的优点,能同时使CHF和HTC得到较大增加。在相同加热热流下,其HTC相比于最佳GO纳米表面和最佳MWCNTs纳米表面的增比分别达46%和40%。此外,重复沸腾实验显示GO/MWCNTs复合涂层表面具有较好的稳定性和耐久性。为了更好地理解GO纳米涂层和MWCNTs纳米多孔涂层强化沸腾换热机理,对两种涂层的表面特性进行了表征。结合汽泡可视化结果发现,GO纳米片沉积形成的二维层状结构涂层的高热导性、表面增加的润湿性和粗糙度,以及GO纳米片边缘部分折叠形成了微/纳尺度凸起结构,共同作用使表面沸腾换热性能得到了提高。而MWCNTs沉积形成的纳米多孔涂层有效增加了表面的汽化核心密度并诱发毛细芯吸作用,同时增加了表面的润湿性和粗糙度,共同促进了表面沸腾换热性能的增强。最后,通过综合考虑各涂层表面沸腾换热性能的影响因素,分别建立了自组装GO纳米表面和MWCNTs纳米表面CHF的理论预测模型。对比发现,所有GO纳米表面和MWCNTs纳米表面CHF的预测值与实验值误差分别在±13%和±8%以内,两种理论模型都能很好地预测CHF。本文分别对GO和MWCNTs涂层表面沸腾强化换热开展了逐步深入的研究,得到了实验条件下各自的最佳沉积参数和换热性能最佳的表面,并分别揭示了它们的强化沸腾换热机理,通过综合考虑各种影响因素,创新性地建立了两种表面的CHF理论预测模型。与实验值对比发现,两种模型都能较好预测CHF。本文工作为以更低能耗解决更高热流密度电子器件的散热问题提供了解决方案,并且为基于纳米涂层的高热流密度电子器件先进热管理系统的设计提供了理论依据。
王淳纬[4]（2021）在《基于格子Boltzmann方法的亲疏水表面池沸腾传热强化研究》文中提出沸腾传热是能量转换和冷却系统中最有效的传热方式之一,在电力发电和电子元器件的热管理等领域有着广泛的应用。近年来,表面润湿性对沸腾过程的影响引起了人们的广泛关注。但通过实验的手段研究润湿性的影响时不可避免地会受到表面粗糙度的影响,实验结果的准确性存在争议。同时,沸腾过程在不同过热度下的需求是动态变化的,目前强化沸腾传热的手段难以满足这种动态需求。因此,本课题拟应用格子Boltzmann方法对单一亲/疏水表面的池沸腾过程进行模拟来进一步研究池沸腾传热机理,设计亲疏水混合表面和润湿性随温度变化的智能调控表面强化池沸腾传热。采用基于Shan-Chen伪势模型改进的多相流混合热格子Boltzmann模型,通过与Maxwell理论、Laplace定律和池沸腾过程的实验关联式相对比,进行模型验证。研究发现,改进的模型具有良好的准确性与稳定性,可以为后续的亲疏水表面池沸腾传热模拟奠定基础。采用多相流混合热格子Boltzmann模型模拟单一亲/疏水表面上的池沸腾过程,分别研究亲水表面和疏水表面上的单气泡动力学、多气泡动力学以及气化核心的相互干涉作用。研究发现,疏水表面的初始成核点温度较低并且在壁面过热度较低时的沸腾换热系数较高,而亲水表面具有更高的临界热流密度。通过在单一亲水表面布置疏水区域构建亲疏水混合表面,应用多相流混合热格子Boltzmann模型模拟亲疏水混合表面上的池沸腾过程,分析亲疏水混合表面上的池沸腾传热特性,揭示亲疏水混合表面强化池沸腾传热的机理。研究发现,亲疏水混合表面可以结合疏水表面的高沸腾换热系数和亲水表面的高临界热流密度的优势,应用前景十分广阔。通过沸腾过程的理论预测模型,寻找温度-润湿性最佳的对应关系,设计一种表面润湿性可随过热度变化而变化的润湿性智能调控表面,采用多相流混合热格子Boltzmann模型模拟润湿性智能调控表面上的池沸腾过程,分析其上的池沸腾传热特性。研究发现,智能表面能够充分结合疏水表面和亲水表面的优势,既拥有较高的沸腾换热系数,又能随着壁面过热度的增加逐步推迟临界热流密度的到来,拥有最高的总沸腾换热量。
强向敏[5]（2021）在《沸腾换热气泡成核及生长数值模拟研究》文中指出沸腾换热因其高效的换热能力在航空航天、能源应用、电子设备的散热设计等工程方面有着广泛的应用。提高沸腾换热能力,增强换热效率,可以降低换热系统的设备投资。沸腾换热的影响因素众多,机理复杂,是传热传质学领域的研究重点。数值模拟设置换热条件工况更加灵活,可分析局部或整体的传热流动特性,揭示气泡成核、生长运动规律,在沸腾换热领域应用越来越广泛。为了研究表面沸腾换热气泡的成核和生长机理,本文从单气泡生长过程的数值模拟研究入手。采用VOF模型（Volume-of-Fluid method）,编写相关UDF（自定义函数）,实现饱和液体与水蒸气之间的物质转换,研究接触角对单气泡生长过程的影响。改变数值模型,添加气泡自动活化成核的UDF,分别研究表面换热工况和润湿特性对气泡成核、上升脱离过程的影响。首先,建立沸腾加热表面单气泡生长过程的数值模型,模拟不同接触角下单气泡生长过程。通过分析气泡流场发现,气泡底部相界面附近,流体呈现明显不连续性,表明气液相变主要集中在气泡底部。当接触角在20°-40°之间变化时,气泡底部三相线曲率、气泡脱离加热表面时间均随接触角的增大而增加。其次,建立沸腾换热气泡成核和生长过程的数值模型。为实现气泡成核过程模拟在加热表面设置梯形凹槽,确定气化核心位置。采用UDF定义气化核心活化温度,当气穴表面液体温度高于活化温度时,气穴活化成核。采用该模型对不同过热度下池沸腾中气泡成核生长进行数值模拟,获得了不同过热度下气泡生长变化特征及沸腾曲线。结果表明,气穴首次活化时间随加热底面过热度增加而缩短:当底面温度从373.3K升高至413.3K时,过热度每增加5K,1号气穴首次活化时间减少范围为33.33%到0%之间,2号气穴首次活化时间减少范围为81.48%到20%之间,3号气穴首次活化时间减少范围82.24%到10.53%之间。除过热度外,气泡生长周期随相变的进行逐渐缩短:以加热温度为378.3K为例,活化温度为373K的气穴,第二个气泡周期比第一个气泡的周期缩短87.94%,第三个气泡周期比第二个气泡周期缩短67.74%,其他气穴也有类似的现象。进一步通过研究气泡生长、合并过程中引起计算域温度变化、流场变化以及加热表面热流分布情况,对沸腾机理进行分析。结果表明,由于气液相变发生在相界面处,三相界面附近温度梯度及热流密度明显高于其他区域;而由于气相传热系数小,气固接触面热流密度最低。沸腾沸腾传热效率受气穴活化数目、气泡生长周期、加热表面与气相接触面积多种因素影响。当壁面温度低于临界过热度（30K）时,逐步增加过热度,壁面气穴活化数量增加、气泡周期变短,表面热流密度随之增大;当壁面过热度高于临界过热度时,虽然气穴活化时间较短,气泡尺寸变大,在壁面的覆盖率增加、脱离频率降低,传热恶化。模拟结果与沸腾换热理论相吻合。最后,进一步采用该模型研究加热温度为388.3K时,表面润湿特性对加热表面气泡成核和生长的影响情况。模拟结果表明,由于无其他气泡对流场产生影响,1号气穴首次活化成核时间与壁面接触角无关;由于2号气穴附近温度场受到1号气穴气泡生长行为的影响,普通表面成核时间比亲水表面降低33.33%;3号气穴位置处于1、2号气穴之间,受1、2号气穴流场扰动影响,普通表面成核时间比亲水表面长94.74%。此外壁面润湿特性明显改变壁面沸腾换热特性,疏水表面会比其他表面提前进入膜态沸腾。本文的研究结果对探究沸腾换热、气泡成核、生长规律有着重要指导意义,同时拓展了数值模拟在沸腾换热中的应用。
潘丰,王超杰,母立众,贺缨[6]（2021）在《池沸腾孤立气泡生长过程中微液层蒸发影响的实验和模拟耦合分析》文中研究指明微液层蒸发是沸腾过程中重要的换热机理。本文旨在通过单个气泡池沸腾实验中测得的气泡动态参数探究孤立气泡生长过程中加热表面的换热机理。首先通过沸腾池和加热表面的严格设计实现了单个气泡沸腾。进一步通过对孤立气泡生长时序图像的处理,得到了气泡在一个生长周期内气泡直径、纵横比以及气泡根部基圆半径的变化。对比发现,气泡生长速率与气泡根部基圆半径随时间的变化呈现显着正相关,而与大液层区域的变化相关程度较低,这表明微液层蒸发直接影响气泡体积变化,在孤立气泡沸腾过程中起主导作用。在此基础上进一步建立了加热表面换热过程的数值模型,基于实验中测得的气泡动态参数对气泡底层的微液层厚度进行了预测;通过多次迭代计算并匹配气泡生长速率和加热棒的温度发现,当表面过热度为4.82 K时,气泡底层微液层厚度约为3.43μm,与相关文献中的微液层厚度测量值基本一致,进一步证实了微液层蒸发在孤立气泡沸腾换热过程中的重要性。本研究揭示了孤立气泡池沸腾过程中近壁面处的换热机制,为进一步的孤立气泡沸腾传热过程数值模拟奠定了理论基础。
龚志明[7]（2020）在《全氟烷基型表面活性剂水溶液池沸腾换热研究》文中提出核态池沸腾换热在核电、空调制冷、工业制造及航空航天等领域应用广泛,强化核态池沸腾换热一直是工程传热传质研究的重要方向。表面活性剂可降低水溶液的表面张力,作为一种强化沸腾换热的创新手段,探讨新型表面活性剂具有重要意义。本文选择三种不同离子特性的全氟烷基类新型表面活性剂:全氟烷基季铵碘化物（Le-134）、全氟烷基磷酸酯（Le-107）、全氟烷基聚醚（Le-180）,探究其水溶液的池沸腾现象与换热规律。主要研究工作内容及结论如下:1.全氟烷基类新型表面活性剂水溶液界面性质研究（1）Le-134,Le-107,Le-180可分别将去离子水的表面张力降低至16m N/m,19m N/m,18m N/m。三种全氟烷基类新型表面活性剂水溶液的临界胶束浓度（Critical Micelle Concentration,CMC）大小关系为Le-180（15ppm）<Le-134（40ppm）<Le-107（150ppm）。Le-134,Le-107和Le-180分子在汽-液界面处的饱和吸附量Гmax大小关系为Le-107<Le-134<Le-180。亲疏水基结构和反离子作用对三种新型表面活性剂分子的静态表面张力特性有着重要影响。疏水基团中的氢原子被氟取代后提高了Гmax,因此具有很高的表面活性。（2）动态表面张力方面,Le-134降低表面张力的速度较快,Le-180次之,Le-107最慢。在浓度超过CMC后,Le-134水溶液在10s左右溶液表面张力即降低到20m N/m以下,经过大约30s达到界平衡状态。Le-107水溶液经过30s左右表面张力降低到大约30m N/m,经过大约70s达到界平衡状态。Le-180水溶液40s左右降低到20m N/m,大约50s表面张力变化到界平衡状态。三种表面活性剂水溶液在低浓度时均属于扩散控制吸附;在高浓度时,吸附过程变化为混合动力控制吸附。新型表面活性剂水溶液表观扩散系数（Da）随着浓度增大而减小,吸附势垒（Ea）随着溶液浓度增大而增加。其吸附动力特性差异的主要原因可能是由于分子结构不同和存在胶束等对吸附势垒产生了影响。空间位阻越大,胶束裂解时间尺度越长,吸附势垒越大。2.全氟烷基类新型表面活性剂水溶液池沸腾换热研究在10-300ppm内配制了不同浓度的Le-134、Le-107、Le-180水溶液,并在热流密度10-80W/cm2范围内进行了核态池沸腾换热研究。通过可视化实验方法使用高速摄像机拍摄了汽泡行为并记录了沸腾曲线。结果表明:（1）全氟烷基类新型表面活性剂的添加明显改变了池沸腾中的汽泡行为。在Le-134和Le-180水溶液中,随溶液浓度增加在沸腾表面产生的汽泡数量明显增多,汽泡尺寸明显减小。热流密度较低时,汽泡脱离过程中汽泡合并现象减少,脱离的汽泡更接近球形。此外,还在Le-134和Le-180水溶液中发现了汽泡射流现象。全氟烷基类新型表面活性剂对于界面特性的影响是改变汽泡行为的主要原因。表面张力的减小增大了汽化核心密度,减小了汽泡脱离直径。表面活性剂分子的两亲特性和静电斥力作用减小了汽泡合并趋势。（2）Le-134和Le-180水溶液可以有效强化池沸腾换热,并且强化效果随着浓度增加更加显着。在热流密度10W/cm2下,浓度为300ppm的Le-134水溶液强化沸腾换热效果最为显着。相比去离子水的沸腾换热系数（Heat Transfer Coefficient,HTC）增加109.1%,壁面过热度减小49.3%。而Le-107水溶液浓度增大至80ppm后由于润湿性较差生成的汽泡难以从沸腾壁面脱离。全氟烷基类新型表面活性剂降低表面张力的高效能是其具有出色强化沸腾换热能力的原因。此外,汽泡射流作用带来的扰动也强化了汽-液间对流换热过程。换热特性与三种表面活性剂的动态吸附特性和润湿性密切相关。随着浓度增加,吸附效率越高,润湿性越好,因而强化沸腾换热效果越显着。3.沸腾换热模型的验证与分析（1）将实验结果与Kolev提出的HTC模型进行分析及验证。发现该模型与去离子水工况数据吻合较好,偏差在10%以内;与Le-134和Le-180水溶液实验数据有一定差距,偏差在30%左右。造成差异的原因可能是Le-134和Le-180分子的动态吸附特性对HTC的变化趋势有所影响。（2）使用Zuber提出的临界热流密度模型（Critical Heat Flux,CHF）预测了Le-134和Le-180水溶液的临界热流密度。发现Le-134和Le-180水溶液的CHF理论计算值约为80-90W/cm2,相比去离子水降低大约21%-30%。Le-134和Le-180的添加在高热流密度下增大了汽泡流之间的合并,因此有减小CHF的趋势。
田帅[8]（2020）在《不同粘附性超疏水表面池沸腾换热试验及数值模拟》文中指出沸腾换热是一种高效的传热方式,在日常生活和各类工程领域中得到了广泛的应用。提高沸腾传热的热流密度,增强换热效率,不断提高热能利用率和能源转换率对建设当代低碳、清洁、环保的能源体系有着重要意义,因此,对沸腾换热技术提出了更高的要求。表面微结构尺寸和表面润湿性对沸腾换热的影响一直是该领域内主要研究的热点。本文以试验研究和数值模拟相结合的方法,系统研究表面不同结构尺寸和不同粘附性表面池沸腾换热性能,分析了超疏水表面的粘附性差异对池沸腾换热的影响机理。首先,受荷叶和玫瑰花瓣表面微结构启发,设计制备了一系列不同粘附性的超疏水表面。在激光打标机上扫描出不同尺寸间距的凹坑结构,对扫描后的铜基表面使用正十二烷基硫醇进行修饰,通过接触角和滚动接触角的测量,验证了表面的超疏水性及粘附性。其次,采用自行搭建的可视化饱和池沸腾试验测试系统,对所制备的不同粘附性超疏水表面进行换热试验,分析了表面的换热性能。试验结果表明,表面微结构尺寸最小（10-100）时换热性能最优,换热系数是光滑表面的2.22倍,且微结构表面的沸腾起始点比光滑表面低5.6℃。采用高速摄像系统采集了试验模型表面汽泡的产生及脱离行为,结果发现:微结构表面汽化核心位置比较固定,而光滑表面的汽化核心位置随机产生;汽泡的脱离直径都随着壁面过热度的增加而增大,当汽泡的脱离直径增大,汽泡的脱离频率减缓,微结构表面的汽泡脱离频率远大于光滑表面;表面微结构凹坑为换热提供了更多的汽化核心数,增加了表面汽泡成核密度。结果表明,表面的微结构可以显着增强换热效率,加快汽泡产生与脱离,加快相变过程中热量的传递效率。之后,通过对超疏水低粘附表面、超疏水高粘附表面和光滑表面的热流密度、换热系数和汽泡动力学的对比分析发现,超疏水低粘附表面和超疏水高粘附表面的换热效率明显高于光滑表面,但由于壁面过热度的增加,壁面会发生汽泡聚合现象,使换热效率降低。最后,应用数值模拟分析了超疏水低粘附表面、超疏水高粘附表面和光滑表面汽泡的生长情况。模拟和试验所测得热流密度和换热系数值基本一致。超疏水低粘附表面汽泡的生长最快,其次为超疏水高粘附表面,最后是光滑表面,与试验结果相吻合。
严焕贵[9]（2020）在《铜表面微纳结构的制备及其传热性能研究》文中进行了进一步梳理近现代以来,工业与高新科技的飞速发展,使得能源的消耗加快。因此越来越多的人们关注能源的利用与效率。随着时代高新技术的不断发展,热机、核反应堆、冶金业空等领域对系统散热能力的要求不断提高。沸腾传热,作为一种高效的相变传热方式,与单相换热相比,其在较低的过热度下,能够获得较高的热流密度以及较大的传热系数。沸腾传热原理应用于许多的散热系统中,如高功率微电子设备、热交换机、大型核反应堆等。目前,强化沸腾传热方法多集中在对材料表面结构的改变,通过改变材料表面的物理、化学性能,从而达到增强传热的目的。本文通过激光加工的方法,在纯铜表面制备微米、微纳米结构,通过接触角测量仪获得不同表面结构的亲疏水性,包括液滴浸润时间、接触角、气泡接触角、滚动角。通过自主设计搭建的沸腾传热测试平台,测量不同结构的沸腾传热性能,利用CCD相机记录气泡的运动情况,结合SEM以及EDS的分析,通过对比传热实验数据,总结出激光加工氧化层对沸腾传热性能的影响。本文的主要研究工作和结论如下:（1）实验分别研究了飞秒以及纳秒两种激光器加工纯铜基板的去除机理,探究激光加工工艺参数（能量密度、扫描间距、扫描速度等）对微结构形貌的影响规律。通过扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）以及激光共聚焦显微镜观察分析微纳米结构的形貌、尺寸以及成分。（2）对制备的微纳结构的孔隙率、浸润性、以及疏气性进行测量。使用接触角测量仪测量各样品的液滴静态接触角、液滴浸润时间,将样品浸没在水下,测量水下气泡的静态接触角以及滚动角。通过孔隙率、浸润性以及疏气性三种性质,以此确定各结构的再润湿能力。（3）自主设计搭建沸腾传热实验平台,并对实验平台进行校准和修改使平数据准确及可靠,利用可调压式电源和电加热棒对样品进行加热,通过K型热电偶和温度数据采集仪获得各微纳结构沸腾实验温度数据,通过CCD相机拍摄记录整个沸腾实验过程的气泡生长和运动情况,计算临界热流密度和热传递系数。发现纳秒近红外激光加工由于熔融加工,形成的氧化层厚度大,对热传递有阻碍作用,与光滑表面相比,临界热流密度（CHF）最高下降了48%,换热系数（HTC）最高下降了27%,对于过热度的变化,纳米多孔结构达到CHF时的过热度相比光滑表面提前了7.9K。飞秒绿光加工是冷加工,氧化层较少,与光滑表面相比,CHF最高下降了16%,HTC最大提高了58%。另外可以注意到,对于过热度的变化,对比酸洗前后的柱状结构,发现酸洗后到达CHF时的过热度提前了4.5K,与光滑表面相比提前了12.5K。
田倩卉[10]（2020）在《粗糙表面管强化沸腾传热模拟研究》文中研究说明壳程沸腾管壳式换热器广泛应用于石油、化工、核电、航空等领域,提高换热管外的沸腾传热系数对提高换热器的综合传热性能有重要意义。针对目前烧结型和喷涂型表面换热管加工工艺复杂、制造成本高和池沸腾换热机理认识不足的问题。本文提出细螺纹管和泡沫金属管两种粗糙表面管,并采用数值模拟方法与光管的池沸腾换热性能进行对比。研究了不同结构参数对细螺纹管和泡沫金属管的池沸腾换热性能的影响,在气液逆流模型的基础上对两种粗糙表面管的换热机理进行理论分析。主要研究内容及结果如下:（1）采用数值模拟方法,分别对不同热流密度工况下的光管、细螺纹管和泡沫金属管的池沸腾换热过程进行分析,结果显示:泡沫金属表面和细螺纹管表面的气体成核速率均高于光管表面;在相同工况下,泡沫金属管的最大沸腾传热系数为光管的3.4倍,细螺纹管的最大沸腾传热系数为光管的3.19倍。（2）在热流密度20 k W/m2～140 k W/m2的工况下,分析不同螺纹间距和螺纹槽深对细螺纹管池沸腾换热性能的影响,结果表明:在细螺纹管结构参数不变的情况下,其池沸腾换热性能随着热流密度的增加而增大;在相同热流密度工况下,随着细螺纹管螺纹间距的减小和螺纹槽深的增大,沸腾换热系数增大。（3）在热流密度20 k W/m2～140 k W/m2的工况下,分析了不同厚度和孔密度对泡沫金属管池沸腾换热性能的影响,结果表明:在低热流密度工况下,随着厚度的增加,泡沫金属管的沸腾换热系数变大。但是在高热流密度工况下,厚度对池沸腾换热性能的增强作用减弱;在相同热流密度工况下,泡沫金属孔密度的增大可以增强传热性能,并且增大换热管的临界热流密度极限。（4）针对细螺纹管和泡沫金属管的池沸腾换热过程,在粗糙表面多孔层内部气液逆流机制的理论模型基础上,讨论了两种表面多孔粗糙表面管粗糙表面管粗糙表面管的粘滞阻力极限和水动力极限。得出泡沫金属管的临界热流密度极限大于细螺纹管;两种多孔换热管粗糙表面管的临界热流密度极限主要是由粘滞阻力极限决定;可以通过减小粗糙表面多孔层内部的颗粒尺寸或增加单位面积上的成核位点来提高换热管的池沸腾传热性能。
二、沸腾换热及临界热流的动态微液层模型（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、沸腾换热及临界热流的动态微液层模型（论文提纲范文）
（1）表面润湿性对单汽泡池沸腾影响的可视化实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 池沸腾换热简介 |
| 1.3 换热表面人工孔穴结构对换热影响的研究进展 |
| 1.4 换热表面润湿性对换热影响的研究进展 |
| 1.5 换热表面微液层蒸发对换热影响的研究进展 |
| 1.6 研究目的 |
| 1.7 研究内容 |
| 2 可视化池沸腾实验系统及实验方法 |
| 2.1 池沸腾实验系统 |
| 2.2 池沸腾实验步骤 |
| 2.3 池沸腾实验温度数据处理 |
| 2.4 池沸腾实验图像数据处理 |
| 2.4.1 基于Image J的汽泡前处理 |
| 2.4.2 汽泡直径、体积及体积增长率计算 |
| 2.4.3 壁面汽泡生长过程中壁面接触角计算 |
| 2.4.4 汽泡脱离轨迹及速度计算 |
| 2.4.5 壁面汽泡所受尾流拖曳力计算 |
| 2.5 实验过程中铜芯温度及计算误差分析 |
| 2.5.1 温度分析 |
| 2.5.2 不确定度分析 |
| 3 池沸腾实验中孤立汽泡形态学及动力学参数变化特性 |
| 3.0 不同壁面过热度下汽泡行为的变化特性 |
| 3.1 基于PIV的汽泡生长过程流场分析 |
| 3.2 尾流拖曳力对汽泡脱离行为的影响 |
| 3.3 换热表面微液层蒸发对汽泡体积变化的影响 |
| 3.4 换热表面人工孔穴的大小对汽泡行为的影响 |
| 3.5 汽泡生成对换热表面过热度的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 实验表面润湿性对沸腾换热的影响 |
| 4.1 不同方式处理表面后润湿性变化 |
| 4.2 不同润湿性换热表面汽泡生长现象分析 |
| 4.3 不同润湿性换热表面汽泡生长过程数据对比 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（2）汽化核心对核态沸腾换热影响的流-热耦合研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 沸腾换热机理研究现状 |
| 1.2.1 核态沸腾换热的经典理论模型介绍 |
| 1.2.2 液层蒸发对加热表面温度分布特性的影响 |
| 1.2.3 汽泡底层微液层动态分布特性观测 |
| 1.3 加热表面特性对沸腾换热过程的影响 |
| 1.3.1 单孔穴的活化行为及其引起的壁面温度波动 |
| 1.3.2 加热表面汽化核心密度分布特性研究 |
| 1.4 加热表面上的汽泡动力学行为及其影响因素 |
| 1.4.1 壁面接触角对汽泡脱离特性的影响 |
| 1.4.2 沸腾过程中相邻汽化核心间的相互作用 |
| 1.4.3 沸腾换热的数值模拟的研究现状 |
| 1.5 本文主要研究思路 |
| 2 池沸腾传热过程的流-热耦合模拟方法研究 |
| 2.1 池沸腾的流-热耦合模拟方法介绍 |
| 2.1.1 汽泡动力学模拟与加热表面沸腾换热模型间的耦合 |
| 2.1.2 流体侧汽泡动力学模拟 |
| 2.1.3 微液层区域换热计算以及加热表面的温度分布 |
| 2.2 计算模型验证 |
| 2.2.1 等温进气系统中的气泡动力学行为模拟 |
| 2.2.2 ITO表面上单汽泡沸腾过程模拟验证 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 基于流-热耦合模型的单汽泡沸腾模拟研究 |
| 3.1 不同热流密度下单个汽泡的脱离特性 |
| 3.2 壁面接触角对单汽泡生长及加热表面换热性能的影响 |
| 3.3 加热表面材质对汽化核心活化等待时间的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 双汽泡沸腾过程中汽泡动力学行为与壁面传热特性的相互作用 |
| 4.1 双汽泡沸腾模拟的物理模型介绍 |
| 4.2 相同直径的双汽化核心沸腾过程中汽化核心间的相互作用 |
| 4.3 不同临界过热度对双汽泡沸腾中汽化核心活化行为的影响 |
| 4.4 双汽泡沸腾过程中汽泡运动轨迹的自组织特征 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 微液层蒸发对单汽泡生长影响的沸腾实验观测和模拟分析 |
| 5.1 实验装置与数据处理 |
| 5.1.1 可视化实验装置 |
| 5.1.2 汽泡生长图像序列处理 |
| 5.1.3 实验误差分析 |
| 5.2 实验结果与讨论分析 |
| 5.2.1 典型汽泡生长周期内的汽泡动态参数的变化 |
| 5.2.2 基于汽泡动态参数的近壁面处相变机理分析 |
| 5.3 基于孤立汽泡参数动态变化的微液层厚度预测 |
| 5.3.1 沸腾换热模型 |
| 5.3.2 微液层厚度的预测 |
| 5.3.3 预测结果与实验结果的对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 高热流密度池沸腾传热过程的数值模拟 |
| 6.1 高热流密度沸腾过程中二次汽泡形成与发展的实验观测 |
| 6.2 高热流密度沸腾传热模型介绍 |
| 6.2.1 厚液层蒸发模型 |
| 6.2.2 壁面孔穴分布与汽化核心的活化 |
| 6.2.3 导热方程及其边界条件 |
| 6.2.4 沸腾换热表面与加热板内热传导计算的耦合 |
| 6.2.5 二次汽泡脱离周期 |
| 6.3 加热表面粗糙度对高热流密度沸腾传热的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 本文主要结论 |
| 7.2 研究创新点 |
| 7.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（3）自组装碳纳米材料涂层表面沸腾强化换热研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明表 |
| 第1章 引言 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.2 沸腾换热及其影响因素 |
| 1.2.1 沸腾换热简介 |
| 1.2.2 沸腾换热影响因素 |
| 1.3 国内外研究现状与趋势 |
| 1.3.1 纳米流体强化沸腾换热研究 |
| 1.3.2 微/纳结构表面强化沸腾换热研究 |
| 1.3.3 纳米涂层表面强化沸腾换热研究 |
| 1.4 本文研究目的及内容 |
| 1.4.1 研究目的 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第2章 实验系统和数据处理 |
| 2.1 可视化高热流密度实验平台 |
| 2.1.1 可视化观察系统 |
| 2.1.2 温度控制系统 |
| 2.1.3 数据采集系统 |
| 2.1.4 加热系统 |
| 2.2 实验方法和步骤 |
| 2.3 数据处理和误差分析 |
| 2.4 系统可靠性测试 |
| 2.4.1 高热流密度加热元件传热过程数值模拟 |
| 2.4.2 可视化高热流密度实验平台可靠性实验验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 自组装GO纳米涂层表面的制备与强化换热验证 |
| 3.1 GO强化沸腾换热优势 |
| 3.2 沸腾自组装法制备纳米涂层优势 |
| 3.3 自组装GO纳米涂层表面的制备 |
| 3.4 GO纳米涂层表面饱和池沸腾实验研究 |
| 3.4.1 实验方法和步骤 |
| 3.4.2 GO纳米表面饱和池沸腾换热特性 |
| 3.5 自组装GO纳米涂层表面过冷池沸腾实验研究 |
| 3.5.1 实验方法和步骤 |
| 3.5.2 GO纳米涂层表面过冷池沸腾换热特性 |
| 3.6 GO纳米涂层对汽泡动力学行为影响 |
| 3.6.1 饱和池沸腾下GO纳米涂层对汽泡行为影响 |
| 3.6.2 过冷池沸腾下GO纳米涂层对汽泡行为影响 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 不同沉积参数下GO纳米涂层表面沸腾换热特性研究 |
| 4.1 沉积热流对GO纳米涂层表面的影响 |
| 4.1.1 沉积热流参数设计 |
| 4.1.2 不同沉积热流下的GO纳米表面 |
| 4.2 沉积时间对GO纳米涂层表面的影响 |
| 4.2.1 沉积时间参数设计 |
| 4.2.2 不同沉积时间的GO纳米表面制备 |
| 4.2.3 不同沉积时间下GO纳米表面沸腾换热特性 |
| 4.2.4 沉积时间对GO纳米表面特性的影响 |
| 4.3 沉积浓度对GO纳米涂层表面的影响 |
| 4.3.1 沉积浓度参数设计 |
| 4.3.2 不同沉积浓度的GO纳米表面制备 |
| 4.3.3 不同沉积浓度下GO纳米表面沸腾换热特性 |
| 4.3.4 沉积浓度对GO纳米表面特性的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 不同碳纳米材料涂层表面沸腾换热特性研究 |
| 5.1 CNTs强化沸腾换热优势 |
| 5.2 不同沉积参数下MWCNTs纳米涂层表面沸腾换热特性 |
| 5.2.1 不同沉积时间下MWCNTs纳米表面换热特性 |
| 5.2.2 不同沉积浓度下MWCNTs纳米表面换热特性 |
| 5.2.3 最佳沉积浓度下沉积时间的影响 |
| 5.3 最佳MWCNTs纳米涂层表面强化沸腾换热研究 |
| 5.3.1 最佳MWCNTs纳米涂层表面制备 |
| 5.3.2 最佳MWCNTs纳米涂层表面饱和池沸腾换热特性 |
| 5.4 MWCNTs纳米涂层对汽泡动力学行为影响 |
| 5.5 GO与MWCNTs纳米涂层表面沸腾换热特性对比 |
| 5.6 GO/MWCNTs复合涂层表面强化沸腾换热研究 |
| 5.6.1 GO/MWCNTs复合涂层表面制备 |
| 5.6.2 GO/MWCNTs复合涂层表面饱和池沸腾换热特性 |
| 5.6.3 GO/MWCNTs复合涂层表面特性 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 碳纳米材料涂层强化沸腾换热机理研究 |
| 6.1 GO纳米涂层强化沸腾换热机理研究 |
| 6.1.1 GO纳米涂层强化沸腾换热机理分析 |
| 6.1.2 GO纳米涂层表面CHF的理论预测模型 |
| 6.2 MWCNTs纳米涂层强化沸腾换热机理研究研究 |
| 6.2.1 MWCNTs纳米涂层强化沸腾换热机理分析 |
| 6.2.2 MWCNTs纳米涂层表面CHF的理论预测模型 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 本文研究结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）基于格子Boltzmann方法的亲疏水表面池沸腾传热强化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 物理量名称及符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 池沸腾传热理论模型 |
| 1.2.2 池沸腾传热强化技术 |
| 1.2.3 国内外文献综述简析 |
| 1.3 本课题研究内容 |
| 第2章 多相流混合热格子Boltzmann模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 数学模型 |
| 2.3 模型验证 |
| 2.3.1 热力学一致性验证 |
| 2.3.2 Laplace定律验证 |
| 2.3.3 静态接触角验证 |
| 2.3.4 微加热器上气泡脱离直径验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 单一亲/疏水表面的池沸腾传热特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 初始条件及边界条件 |
| 3.3 亲/疏水表面上的单气泡动力学 |
| 3.4 亲/疏水表面上的多气泡动力学 |
| 3.5 亲/疏水表面上的气化核心干涉作用 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 亲疏水混合表面强化池沸腾传热研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 初始条件及边界条件 |
| 4.3 亲疏水混合表面上的气泡动力学 |
| 4.3.1 气泡的生长与脱离 |
| 4.3.2 温度场与流场分布 |
| 4.3.3 池沸腾曲线 |
| 4.4 疏水区域结构参数对池沸腾传热特性的影响 |
| 4.4.1 疏水区域尺寸的影响 |
| 4.4.2 疏水区域间距的影响 |
| 4.4.3 疏水区域个数的影响 |
| 4.5 与单一亲/疏水表面池沸腾传热性能的对比 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 润湿性智能调控表面强化池沸腾传热研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 初始条件及边界条件 |
| 5.3 润湿性智能调控表面的设计 |
| 5.3.1 最优关系式的理论推导 |
| 5.3.2 不同温度-润湿性转变关系的对比 |
| 5.4 润湿性智能调控表面上的气泡动力学 |
| 5.4.1 气泡的生长与脱离 |
| 5.4.2 温度场分布 |
| 5.4.3 池沸腾曲线 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果 |
| 致谢 |
（5）沸腾换热气泡成核及生长数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 气泡成核理论 |
| 1.2.2 气泡生长理论 |
| 1.2.3 两相流数值模拟方法 |
| 1.3 本课题主要研究内容 |
| 1.4 本章小结 |
| 2 单气泡生长过程数值模拟 |
| 2.1 VOF方法及相关理论 |
| 2.1.1 表面张力模型 |
| 2.1.2 传热传质模型 |
| 2.1.3 液体微层模型 |
| 2.2 物理数学模型 |
| 2.2.1 模型建立 |
| 2.2.2 模型检验 |
| 2.3 实验对比 |
| 2.4 结果分析 |
| 2.4.1 气泡形态变化 |
| 2.4.2 流场特性分析 |
| 2.4.3 温度场分析 |
| 2.4.4 热流分布分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 不同过热度下气泡成核及生长过程的数值模拟 |
| 3.1 气穴活化模型 |
| 3.2 模型建立 |
| 3.3 结果与分析 |
| 3.3.1 加热温度对气穴首次活化成核时间的影响 |
| 3.3.2 沸腾换热过程对气泡周期的影响 |
| 3.3.3 气泡生长过程对加热表面温度分布的影响 |
| 3.3.4 沸腾曲线 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 不同表面润湿性下气泡成核及生长过程的数值模拟 |
| 4.1 数学物理模型 |
| 4.2 结果分析 |
| 4.2.1 表面润湿特性对气泡生长过程的影响 |
| 4.2.2 表面润湿特性对温度场分布的影响 |
| 4.2.3 润湿性表面对气泡成核时间的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
（6）池沸腾孤立气泡生长过程中微液层蒸发影响的实验和模拟耦合分析（论文提纲范文）
| 引言 |
| 1 实验装置与数据处理 |
| 1.1 实验装置 |
| 1.2 气泡生长图像序列处理 |
| 1.3 误差分析 |
| 2 实验结果与模拟分析 |
| 2.1 典型气泡生长周期内的气泡动态参数的变化 |
| 2.2 基于气泡动态参数的近壁面处相变机理分析 |
| 2.3 基于孤立气泡沸腾过程中宏观参数的微液层厚度预测 |
| 2.3.1 沸腾换热模型 |
| 2.3.2 微液层厚度的预测 |
| 3 结论 |
（7）全氟烷基型表面活性剂水溶液池沸腾换热研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 强化核态沸腾换热途径 |
| 1.2.2 池沸腾换热研究现状 |
| 1.2.3 表面活性剂强化换热研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 池沸腾换热理论基础 |
| 2.1 沸腾基本理论 |
| 2.1.1 成核理论 |
| 2.1.2 汽泡动力学 |
| 2.2 沸腾换热模型 |
| 2.3 表面活性剂对池沸腾换热的影响 |
| 2.3.1 表面活性剂溶液的吸附特性 |
| 2.3.2 表面活性剂对汽泡行为的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 表面活性剂水溶液界面性质研究 |
| 3.1 表面活性剂物理化学性质 |
| 3.2 表面张力 |
| 3.2.1 静态表面张力 |
| 3.2.2 动态表面张力 |
| 3.3 接触角 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 表面活性剂水溶液池沸腾换热研究 |
| 4.1 池沸腾实验 |
| 4.1.1 实验目的及方案设计 |
| 4.1.2 实验系统及步骤 |
| 4.1.3 实验数据处理 |
| 4.1.4 不确定度分析 |
| 4.2 实验结果与分析 |
| 4.2.1 汽泡行为 |
| 4.2.2 换热特性 |
| 4.3 沸腾换热模型 |
| 4.3.1 换热系数模型 |
| 4.3.2 临界热流密度模型 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表论文情况 |
（8）不同粘附性超疏水表面池沸腾换热试验及数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 沸腾换热概述 |
| 1.2.1 池沸腾换热曲线 |
| 1.2.2 强化池沸腾传热手段 |
| 1.2.3 国内外沸腾换热研究现状 |
| 1.3 沸腾传热机理及模型 |
| 1.4 不同粘附性超疏水表面的制备方法 |
| 1.4.1 理论依据 |
| 1.4.2 不同粘附性超疏水表面的制备方法 |
| 1.5 表面润湿性对沸腾换热的影响 |
| 1.6 本文主要研究内容 |
| 第2章 不同粘附性表面的制备与表征 |
| 2.1 表面润湿性的基本概念及理论模型 |
| 2.1.1 表面张力与表面自由能 |
| 2.1.2 理论模型 |
| 2.1.3 接触角滞后 |
| 2.2 不同粘附性表面的制备 |
| 2.2.1 不同粘附性表面的设计 |
| 2.2.2 表面预处理 |
| 2.2.3 不同粘附性表面的制备方法 |
| 2.3 试验样件表面表征 |
| 2.3.1 扫描电子显微镜 |
| 2.3.2 表面接触角测量 |
| 2.3.3 表面滚动接触角测量 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 试验测试系统及试验方法 |
| 3.1 池沸腾试验测试平台与制造 |
| 3.1.1 可控电加热系统 |
| 3.1.2 隔热保温和压力维持系统 |
| 3.1.3 可视化图像及数据采集系统 |
| 3.3 试验测试方法及步骤 |
| 3.4 试验数据处理 |
| 3.5 试验误差分析 |
| 3.5.1 误差来源 |
| 3.5.2 试验误差分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 不同粘附性表面池沸腾换热性能试验研究 |
| 4.1 表面微结构尺寸对粘附性的影响 |
| 4.2 表面微结构尺寸对换热性能的影响 |
| 4.2.1 光滑表面的沸腾换热性能 |
| 4.2.2 微结构尺寸表面的沸腾换热性能 |
| 4.3 沸腾汽泡动力学分析 |
| 4.3.1 沸腾起始汽泡成核位置分析 |
| 4.3.2 汽泡脱离直径 |
| 4.3.3 汽泡脱离频率 |
| 4.3.4 汽泡成核点密度 |
| 4.4 超疏水表面粘附性对换热的影响 |
| 4.4.1 试验表面 |
| 4.4.2 沸腾传热曲线与换热性能 |
| 4.4.3 汽泡动力学分析 |
| 4.4.4 不同粘附性超疏水表面传热机理分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 不同粘附性表面汽泡生长数值计算 |
| 5.1 模型概述选择 |
| 5.2 CFD前处理 |
| 5.2.1 物理模型 |
| 5.2.2 网格无关性检验及划分 |
| 5.2.3 控制方程 |
| 5.2.4 网格划分 |
| 5.2.5 边界条件 |
| 5.3 计算结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 研究结论与创新点 |
| 6.1.1 主要研究结论 |
| 6.1.2 主要创新点 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 导师及作者简介 |
| 致谢 |
（9）铜表面微纳结构的制备及其传热性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 沸腾换热理论研究 |
| 1.2.2 微纳结构的制备及强化沸腾传热研究 |
| 1.3 课题来源及研究内容 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 主要研究内容 |
| 1.4 本章小结 |
| 第二章 纳秒激光制备微纳结构工艺研究与特征分析 |
| 2.1 实验方法 |
| 2.1.1 实验材料及处理 |
| 2.1.2 实验装置 |
| 2.1.3 检测装置 |
| 2.2 纳秒激光制备微纳多孔结构的实验研究 |
| 2.2.1 微纳多孔结构形成过程 |
| 2.2.2 微纳多孔结构的形貌特征与成分分析 |
| 2.3 微纳多孔结构物理特征 |
| 2.3.1 孔隙率 |
| 2.3.2 润湿性 |
| 2.3.3 水下疏气性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 飞秒激光制备微纳结构工艺研究与特征分析 |
| 3.1 实验方法及装置 |
| 3.2 飞秒绿激光制备柱状结构实验研究 |
| 3.2.1 扫描间距对柱状结构的影响 |
| 3.2.2 扫描次数对柱状结构的影响 |
| 3.2.3 复合纳米颗粒的柱状结构 |
| 3.3 柱状结构物理特征测量 |
| 3.3.1 液滴接触角 |
| 3.3.2 气泡接触角 |
| 3.3.3 气泡滚动角 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 沸腾传热实验平台的设计与误差分析 |
| 4.1 沸腾传热原理 |
| 4.2 沸腾传热实验平台的设计与搭建 |
| 4.2.1 实验平台的整体设计 |
| 4.2.2 核心部件铜棒和铜底座的设计 |
| 4.2.3 沸腾腔体的设计 |
| 4.2.4 密封胶的选择以及防水设计 |
| 4.2.5 绝热材料的选择 |
| 4.3 误差分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 微纳结构表面沸腾传热性能测试与分析 |
| 5.1 沸腾曲线和实验步骤 |
| 5.2 沸腾传热性能分析 |
| 5.2.1 光滑表面沸腾传热性能 |
| 5.2.2 多孔结构表面的传热性能 |
| 5.2.3 柱状结构表面的沸腾传热性能 |
| 5.2.4 气泡动力学分析 |
| 5.3 沸腾传热性能误差分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（10）粗糙表面管强化沸腾传热模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明 |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 粗糙表面管结构研究进展 |
| 1.2.1 涂层表面 |
| 1.2.2 粗糙表面 |
| 1.2.3 泡沫金属层表面 |
| 1.3 粗糙表面池沸腾换热的研究进展 |
| 1.3.1 粗糙表面池沸腾沸腾换热实验研究进展 |
| 1.3.2 粗糙表面池沸腾沸腾换热数值模拟研究进展 |
| 1.3.3 粗糙表面池沸腾沸腾换热换热机理研究进展 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 2 池沸腾换热过程的数值模拟研究 |
| 2.1 池沸腾换热数值模拟方法 |
| 2.1.1 多相流模型 |
| 2.1.2 表面张力模型 |
| 2.1.3 界面捕捉方法 |
| 2.2 光管的池沸腾换热数值模型 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 传质模型 |
| 2.2.3 几何模型 |
| 2.2.4 湍流模型 |
| 2.3 数值求解设置及计算模型验证 |
| 2.3.1 边界条件设置及求解方案 |
| 2.3.2 网格划分与计算模型验证 |
| 2.4 光管表面池沸腾数值模拟计算结果分析 |
| 2.4.1 光管表面气体成核过程 |
| 2.4.2 光管表面气相体积分数和壁面温度变化 |
| 2.4.3 光管表面气相速度变化 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 细螺纹管池沸腾传热性能模拟研究 |
| 3.1 细螺纹管的数值模拟方法 |
| 3.1.1 细螺纹管的几何模型及结构参数 |
| 3.1.2 几何模型及模拟条件设置 |
| 3.1.3 数值模拟结果验证 |
| 3.2 细螺纹管数值模拟结果分析 |
| 3.2.1 TP-4细螺纹管不同时刻下的气相体积分数分布云图 |
| 3.2.2 TP-4细螺纹管表面的气体成核过程 |
| 3.2.3 不同结构参数对细螺纹管池沸腾换热性能影响 |
| 3.3 细螺纹管池沸腾换热过程的机理分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 泡沫金属管池沸腾传热性能研究 |
| 4.1 泡沫金属管数值模拟计算方法 |
| 4.1.1 泡沫金属管的几何模型及结构参数 |
| 4.1.2 泡沫金属管的数学模型 |
| 4.1.3 几何模型及模拟条件设置 |
| 4.2 泡沫金属管数值模拟结果分析 |
| 4.2.1 泡沫金属管不同时刻下的气相体积分数分布云图 |
| 4.2.2 泡沫金属管表面气体成核过程 |
| 4.2.3 不同结构参数对泡沫金属管池沸腾换热性能影响 |
| 4.3 泡沫金属管池沸腾换热机理 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 粗糙表面管池沸腾传热极限计算 |
| 5.1 沸腾动力学理论 |
| 5.2 粗糙表面管池沸腾理论模型 |
| 5.2.1 粘滞阻力极限 |
| 5.2.2 水动力极限 |
| 5.3 粗糙表面管池沸腾传热极限 |
| 5.3.1 粗糙表面管有关参数 |
| 5.3.2 粗糙表面管粘滞阻力极限 |
| 5.3.3 粗糙表面管水动力极限 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 个人简历、在校期间发表的学术论文和研究成果 |
| 个人简历 |
| 学术论文 |
| 专利 |
| 致谢 |
四、沸腾换热及临界热流的动态微液层模型（论文参考文献）
- [1]表面润湿性对单汽泡池沸腾影响的可视化实验研究[D]. 王超杰. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]汽化核心对核态沸腾换热影响的流-热耦合研究[D]. 潘丰. 大连理工大学, 2021
- [3]自组装碳纳米材料涂层表面沸腾强化换热研究[D]. 毛兰. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2021
- [4]基于格子Boltzmann方法的亲疏水表面池沸腾传热强化研究[D]. 王淳纬. 哈尔滨工业大学, 2021
- [5]沸腾换热气泡成核及生长数值模拟研究[D]. 强向敏. 西南科技大学, 2021(08)
- [6]池沸腾孤立气泡生长过程中微液层蒸发影响的实验和模拟耦合分析[J]. 潘丰,王超杰,母立众,贺缨. 化工学报, 2021(05)
- [7]全氟烷基型表面活性剂水溶液池沸腾换热研究[D]. 龚志明. 北京建筑大学, 2020(08)
- [8]不同粘附性超疏水表面池沸腾换热试验及数值模拟[D]. 田帅. 吉林大学, 2020(08)
- [9]铜表面微纳结构的制备及其传热性能研究[D]. 严焕贵. 广东工业大学, 2020
- [10]粗糙表面管强化沸腾传热模拟研究[D]. 田倩卉. 郑州大学, 2020(02)