表面改性池沸腾换热研究进展

摘要

为实现气泡动力学行为的优化以及液体补给能力的提升，进而达成池沸腾换热效果的改善，众多研究人员着力于材料表面的改性处理。通过改性后产生的物理形貌特征或润湿性变化，使其能够发挥出预期的强化沸腾作用。综述了改性表面的制备、表面改性强化沸腾的机制及换热效果。改性表面制备需要对材料类型、表面形貌及化学性质、制备工艺和稳定性及耐久性进行多方面考量，尤其是长久使用的稳定性及耐久性。现阶段探究改性表面传热机制理论模型众多，其在气泡生成、生长、脱离等过程分析时存在公式多样化、缺少标准形式的特点，后续需将相关实验或模拟数据与理论模型相结合进行验证，充分考虑变量因素，为公式的整合或改进提供依据。能够实现强化沸腾的改性表面主要是考虑了汽化核心数量、毛细力及气泡溢出阻力等一方面或多方面因素，但由于没有统一设计标准，部分表面的使用有一定局限性，故设计出汽化核心数量多、毛细力较强、气泡溢出阻力小并且能够适用于各类工况的最优改性表面是未来的研究方向之一。此外，在强化沸腾换热效果方面，宏观、微观、纳米及混合尺度相比光滑表面均利于换热强化，其中微观、纳米及混合尺度效果更佳且沸腾机制与宏观尺度有别，纳米尺度表面沸腾传热机制尚需进一步探究。

关键词

池沸腾 / 表面制备 / 传热机制 / 换热效果 / 研究进展

基金资助

河北省教育厅科学研究项目资助（QN2021094）; 河北省“三三三人才工程”资助项目（C2024037）