表面改性传热面池内沸腾和喷流沸腾换热特性的实验和理论研究

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1、申请上海交通大学博士学位论文表面改性传热面池内沸腾和喷流沸腾换热特性的实验和理论研究专业：动力工程及工程热物理姓名：李元阳导师：刘振华教授刘振华教授上海交通大学机械与动力工程学院2014年12月万方数据Ph.D.DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityExperimentalandtheoreticalstudyoftheheattransfercharacteristicofpoolboilingandjetimpingementboilingonthemodificationsurfaceSpecialty:En

2、gineeringThermophysicsAuthor:YuanyangLiAdvisor:Prof.LiuZhen-huaSchoolofMechanicalandPowerEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityDecember,2014万方数据上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本

3、学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日万方数据附件四上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是

4、本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：2014年12月11日1万方数据附件五上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复

5、制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□√。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：2014年12月11日日期：2014年12月11日2万方数据摘要表面改性传热面池内沸腾和喷流沸腾换热特性的实验和理论研究摘要冷却问题已经成为钢铁工业、核工程、微电子设备以及热能控制过程中的关键问题。沸腾传热是解决该问题最为有效的方式。在沸腾过程中最重要的两个参数是沸腾换热系数(HTC)和临界热流密度(CHF)。前者决定了系统的换热效率，后者决定了系统的最大散热功率和安全限制。因此，在实际应用中的换热设备和系统都希望同时具有较高

6、的HTC和CHF来保证设备高效安全的运行。为了研究实现该目标的技术手段，本文围绕表面改性传热面对于池内饱和核态沸腾及喷流沸腾HTC和CHF的影响，开展了以下实验和理论研究。采用不同的表面改性方法，制备不同的表面改性传热面来独立地控制表面纳米尺度粗糙度(Ra)，固液接触角(CA)和有效换热面积比(r：实际换热面积和投影面积之比)。使用表面改性传热面进行了池内核态沸腾传热特性实验，同时对气泡动力学进行了可视化研究。研究和总结了各种表面特性对于池内沸腾HTC的定性定量影响及其影响机理。提出了考虑各种表面特性影响的半理论池内核态沸腾换热HTC模型。建立了封闭的数学模型，通过图解法获

7、得了含有固液接触角θ，表面粗糙度Ra，加热面材料影响参数γ的加热面综合影响参数Cs的简单函数表达式。在国际上首次提出能够包含传热面特性的具有统一形式的一般平坦传热面上核态池内沸腾HTC预示公式，可适用于不同压力、不同液体和各类加热面组合工况下的平坦表面饱和池内沸腾换热预测。对用于平坦表面(不含r影响)的HTC预示公式进行了进一步扩展，得到了能够包含表面凸起型微纳米结构影响(包含r影响)的HTC预测式，传热实验数据验证了考虑表面微纳米结构影响的HTC扩展预示公式的合理性。建立了针对过冷喷流沸腾的CHF理论，推导了半理