【摘 要】
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随着科技的急速发展,核电、集成电路以及热工等领域的高效散热成为了亟需解决的问题。因此池沸腾换热技术作为高效解决该问题的重要途径得到了广泛研究。目前,进行微纳结构改良已经成为了强化表面沸腾换热性能研究的研究热点。飞秒激光作为灵活高效的加工手段极具工业化前景,因此在近几年,飞秒激光表面改良技术逐渐被应用于沸腾换热的研究中来。在本论文中,使用飞秒激光微纳加工技术在316不锈钢表面制备得到微米级沟槽结构以
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随着科技的急速发展,核电、集成电路以及热工等领域的高效散热成为了亟需解决的问题。因此池沸腾换热技术作为高效解决该问题的重要途径得到了广泛研究。目前,进行微纳结构改良已经成为了强化表面沸腾换热性能研究的研究热点。飞秒激光作为灵活高效的加工手段极具工业化前景,因此在近几年,飞秒激光表面改良技术逐渐被应用于沸腾换热的研究中来。在本论文中,使用飞秒激光微纳加工技术在316不锈钢表面制备得到微米级沟槽结构以及亚微米波纹结构,并对这些微纳结构表面进行了池沸腾换热特性研究。研究结果表明:亚微米波纹结构不锈钢表面的临界热流密度和换热系数分别高达122W/cm~2和4.3W/cm 2o?C,相较于抛光表面,分别提升了60%和43%。经分析我们将这种换热性能的提升归因于波纹表面更亲水的表面润湿特性和气泡滑动特性的共同作用。微米沟槽结构将不锈钢表面的临界热流密度提升至105W/cm ~2,相较于抛光表面提升了38.2%,但其换热系数并没有得到提升(2.8W/cm 2o?C),并低于抛光表面。经分析我们认为,这是由于沟槽结构能够抑制气泡之间融合,这使得沟槽表面能够有效遏制气泡成膜从而获得更高的临界流密度,但是同时也遏制了气泡更加高效散热,使其换热系数下降。进一步,本论文利用飞秒激光振镜加工系统的灵活可控性在316不锈钢表面上实现了沟槽-抛光拼接结构、沟槽-波纹拼接结构的制备,并对其换热性能进行了对比研究。研究结果表明:拼接表面的换热性能明显优于抛光表面,N=1/4的换热性能最为优异:临界热流密度为117W/cm~2,换热系数为30W/cm 2o?C,相较于抛光表面分别提升了53%和900%,其中换热系数的提升最为显著。经分析我们认为这是由N=1/4表面融合气泡的滑动特性所引起的,其能够扰动沸腾工质促进表面的对流散热,同时也能有效遏制表面的气泡成膜。这种通过结构拼接强化表面换热性能的方法为强化传热研究提供了新思路。
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