不同压力环境下多孔结构表面沸腾换热特性研究

曾定友; 李子安; 侯雄坡; 齐宝金

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (12) : 161 -171.

曾定友, 李子安, 侯雄坡, 齐宝金

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摘要

为探究高压环境下多孔结构表面的压力、结构与材料对沸腾换热的影响，以去离子水为工质，通过沸腾除气消除工质中不凝气的干扰，在3～10 MPa高压范围内开展多工况对比实验，测试304不锈钢、20碳钢材料的光滑表面与多孔结构表面的壁面过热度和换热系数，结合沸腾气泡行为与表面特性分析换热性能的变化规律。实验结果表明：多孔结构表面在高压下呈现与光滑表面相反的换热特性，当热流密度较高（55 kW/m²）时，压力从3 MPa升至10 MPa,多孔表面过热度增加0.7 K、换热系数下降27.3%,而光滑表面过热度降低0.7 K、换热系数提升28.6%;多孔结构较光滑表面显著强化换热，热流密度15～60 kW/m²时，过热度降低1.2～1.3 K,换热系数强化比可达1.15～2.20;与304不锈钢相比，20碳钢热导率更高可使过热度最大降低0.5 K、换热系数提升9.7%,但20碳钢在高温水环境中易发生锈蚀，导致换热性能恶化。研究可为高压沸腾换热性能强化提供实验数据基础。