促進(jìn)氣泡在加熱面脫離表面活性劑能降低液體的表面張力課件

1、第四章 池沸騰換熱強(qiáng)化傳熱技術(shù)10/11/20221第四章 池沸騰換熱強(qiáng)化傳熱技術(shù)10/10/202214.1 核態(tài)沸騰換熱氣泡產(chǎn)生氣泡生長(zhǎng)氣泡脫離10/11/202224.1 核態(tài)沸騰換熱氣泡產(chǎn)生氣泡生長(zhǎng)氣泡脫離10/10/2（1）氣泡成長(zhǎng)階段：加熱面上汽化核心處成長(zhǎng)著的氣泡底部 和加熱面之間存在著一層液體微層，該 微層的蒸發(fā)吸收了加熱面放出的大量熱 量，成為核態(tài)沸騰換熱中最主要的一種 傳熱方式。（2）氣泡脫離階段：氣泡脫離加熱面的運(yùn)動(dòng)引發(fā)的液體容積 對(duì)流換熱，氣泡脫離加熱面時(shí)上升氣泡 的尾流將加熱面上的部分過(guò)熱液體帶走， 液體本體中較冷的液體進(jìn)入加熱面附近 進(jìn)行補(bǔ)充。（3）加熱面上非沸騰區(qū)

2、：自然對(duì)流為主要換熱形式，只占整 個(gè)沸騰換熱的很小部分。熱量傳遞途徑10/11/20223（1）氣泡成長(zhǎng)階段：加熱面上汽化核心處成長(zhǎng)著的氣泡底部（2） 一定數(shù)量的穩(wěn)定的汽化核心 對(duì)于給定的傳熱表面、傳熱介質(zhì)和過(guò)熱度，表面上穩(wěn)定的或成為“活性”的核化中心具有一定的最佳尺寸和一定的形狀。突尖、錐形凹坑瓶狀空穴10/11/20224 一定數(shù)量的穩(wěn)定的汽化核心 對(duì)于給定的傳熱表1. 強(qiáng)化表面法 可以大幅度增加活性核化沸騰點(diǎn)的密度，適用于較小傳熱溫差的情況。1. 1 微結(jié)構(gòu)表面 將芯片直接浸沒(méi)在惰性不導(dǎo)電的液體中進(jìn)行核態(tài)沸騰4.2 核態(tài)沸騰強(qiáng)化傳熱技術(shù)10/11/202251. 強(qiáng)化表面法 可以大幅度增

3、加活性核化沸騰點(diǎn)在表面加工凹坑和噴涂多孔介質(zhì)10/11/20226在表面加工凹坑和噴涂多孔介質(zhì)10/10/20226在采用化學(xué)蒸汽沉積法在芯片表面生成SiO2薄層所形成的亞微米粗糙面采用濺射方法在芯片表面生成SiO2薄層，再對(duì)其進(jìn)行濕式腐蝕技術(shù)處理形成的亞微米粗糙面采用一系列微電子加工技術(shù)生成的微米級(jí)雙重入口洞穴采用干式腐蝕方法生成的方柱微結(jié)構(gòu)10/11/20227在采用化學(xué)蒸汽沉積法在芯片表面生成SiO2薄層所形成的亞微米1. 2 復(fù)合化學(xué)涂層表面 在Ni-P化學(xué)鍍的鍍液中加入一定的粒度（微米級(jí)）和一定濃度的聚四氟乙烯懸浮液。當(dāng)鍍層達(dá)到理想厚度后取出，表面晾干。將干燥后的傳熱表面用高溫火焰灼

4、燒，使表面溫度急速升高到足以使聚四氟乙烯氣化揮發(fā)，從而使表面在聚四氟乙烯微粒處產(chǎn)生微孔。10/11/202281. 2 復(fù)合化學(xué)涂層表面 在Ni-P化學(xué)鍍的1. 3 微孔表面由環(huán)氧樹(shù)脂粘接1-20m顆粒形成的0.1-1m的孔穴。與傳統(tǒng)的金屬涂層區(qū)別可以使用更小的顆粒涂層厚度更薄（50m）獲得的多孔結(jié)構(gòu)具有較低的有效熱導(dǎo)率10/11/202291. 3 微孔表面由環(huán)氧樹(shù)脂粘接1-20m顆粒形成的0.110/11/20221010/10/2022101. 4 肋片管10/11/2022111. 4 肋片管10/10/202211較低的熱流密度下，加熱面上無(wú)氣泡產(chǎn)生，加熱面熱量分別通過(guò)接觸導(dǎo)熱傳給固

5、體顆粒和顆粒間隙之間的液體，自然對(duì)流傳給液體。這時(shí)液體自然對(duì)流引起的上升運(yùn)動(dòng)不足以帶動(dòng)固體顆粒，此時(shí)固體顆粒床在加熱面是靜止的。隨著加熱面上熱流密度的增大，加熱面上一些汽化活化點(diǎn)以及固體顆粒與加熱面的某些儲(chǔ)氣接觸點(diǎn)滿足起始沸騰的條件而產(chǎn)生氣泡。隨著氣泡在顆粒縫隙中長(zhǎng)大，氣泡對(duì)顆粒產(chǎn)生作用。在顆粒層的底部形成蒸汽的局部聚集區(qū)。當(dāng)汽區(qū)的壓力超過(guò)顆粒層的重力時(shí)，汽區(qū)內(nèi)蒸汽產(chǎn)生向上運(yùn)動(dòng)，形成鼓勵(lì)的蒸汽通道，并使附近的固體顆粒產(chǎn)生局部的流化運(yùn)動(dòng)。2. 加入添加劑法2. 1 加入固體顆粒法10/11/202212較低的熱流密度下，加熱面上無(wú)氣泡產(chǎn)生，加熱面熱量分別通過(guò)接觸隨著熱流密度的進(jìn)一步增大，加熱面上

6、產(chǎn)生大量的氣泡核心，氣泡成長(zhǎng)周期縮小，在加熱面上形成較多的連續(xù)上升蒸汽柱。在上升蒸汽流的作用下，整個(gè)顆粒床進(jìn)入充分流化狀態(tài)。一部分固體顆粒在蒸汽流帶動(dòng)下離開(kāi)加熱面上升，另一部分固體顆粒隨著向下流動(dòng)的液體又回到加熱面上。固體顆粒的這種上下運(yùn)動(dòng)使加熱面附近的液體對(duì)流大大強(qiáng)化。熱流密度繼續(xù)增大，上升氣泡柱之間相互作用，在加熱面上方形成蒸汽墊上升，這種塊狀的蒸汽墊對(duì)固體顆粒的下降起到阻礙作用，使下降顆粒很難到達(dá)加熱面附近的過(guò)熱液層，從而使加熱面附近的顆粒附加容積對(duì)流減弱。10/11/202213隨著熱流密度的進(jìn)一步增大，加熱面上產(chǎn)生大量的氣泡核心，氣泡成2. 2 加入表面活性劑 在液體沸騰過(guò)程中，在固

7、體表面上有氣泡不斷地產(chǎn)生，從而不斷地形成汽液、液固和汽固3種相界面。當(dāng)這些相界面的性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，必然會(huì)對(duì)沸騰傳熱過(guò)程產(chǎn)生一定影響。 表面活性物質(zhì)的重要特性就是在相界面處富集，當(dāng)其在汽液界面富集并形成定向排列時(shí)，就會(huì)降低表面張力。液體沸騰時(shí)氣泡的產(chǎn)生和成長(zhǎng)都與表面張力有密切關(guān)系。表面張力降低意味著生成氣泡所需的能量下降，氣泡的等待時(shí)間和成長(zhǎng)時(shí)間都減小，從而氣泡的脫離頻率增加，脫離直徑變小。10/11/2022142. 2 加入表面活性劑 在液體沸騰過(guò)程中，在10/11/20221510/10/2022153. 外加矢量場(chǎng)法3.1 流體誘導(dǎo)振動(dòng)彈性管束無(wú)源強(qiáng)化減小污垢熱阻三維振動(dòng)流體橫向沖刷固定

8、端自由端10/11/2022163. 外加矢量場(chǎng)法3.1 流體誘導(dǎo)振動(dòng)彈性管束無(wú)源強(qiáng)化減小污3.2 水基磁性流體池沸騰傳熱強(qiáng)化 由納米級(jí)的鐵磁性微細(xì)顆粒借助于表面活性劑穩(wěn)定地分散于基液（水、煤油、氟利昂等）中的膠體溶液，是一種新型的納米和液體功能材料。 它兼有液體和磁性材料的雙重性質(zhì)，即使在重力、離心力或強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下也會(huì)不產(chǎn)生分離現(xiàn)象。 目前磁性流體大量用于密封、阻尼、研磨、醫(yī)療、傳感器、能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。10/11/2022173.2 水基磁性流體池沸騰傳熱強(qiáng)化 由納米級(jí)的氣泡小液面上大量泡沫產(chǎn)生10/11/202218氣泡小液面上大量泡沫產(chǎn)生10/10/202218（1）無(wú)磁場(chǎng)作用 在沸騰換熱過(guò)程中，隨著熱流密度的增加，壁面溫度升高，從而使壁面過(guò)熱度增加，加熱表面上汽化核心增多，提高沸騰換熱系數(shù)。 固體導(dǎo)熱系數(shù)大于液體幾個(gè)數(shù)量級(jí)，磁性流體中加入的納米固體粒子可增加導(dǎo)熱系數(shù)，從而增強(qiáng)沸騰過(guò)程中熱量的瞬態(tài)導(dǎo)熱能力。 沸騰時(shí)粒子與粒子、粒子與液體及粒子與換熱壁面的碰撞有利于增強(qiáng)換熱壁面與液相間的對(duì)流換熱，促進(jìn)氣泡在加熱面脫離。 表面活性劑能降低液體的表面張力，改善固體表面的潤(rùn)濕性。液體潤(rùn)濕壁面的性能越好，接觸角就越小。液體表