池沸腾孤立气泡生长过程中微液层蒸发影响的实验和模拟耦合分析

• 作者: 潘丰 王超杰 母立众 贺缨
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 相变 蒸发 气泡 气泡生长速率 基圆半径变化 微液层厚度预测
• 年，卷（期）: 2021,（5）
• 所属期刊栏目: 流体力学与传递现象
• 页码范围: 2514-2527
• 页数: 13页
• 分类号: TK124
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20201396

摘要

微液层蒸发是沸腾过程中重要的换热机理。本文旨在通过单个气泡池沸腾实验中测得的气泡动态参数探究孤立气泡生长过程中加热表面的换热机理。首先通过沸腾池和加热表面的严格设计实现了单个气泡沸腾。进一步通过对孤立气泡生长时序图像的处理，得到了气泡在一个生长周期内气泡直径、纵横比以及气泡根部基圆半径的变化。对比发现，气泡生长速率与气泡根部基圆半径随时间的变化呈现显著正相关，而与大液层区域的变化相关程度较低，这表明微液层蒸发直接影响气泡体积变化，在孤立气泡沸腾过程中起主导作用。在此基础上进一步建立了加热表面换热过程的数值模型，基于实验中测得的气泡动态参数对气泡底层的微液层厚度进行了预测；通过多次迭代计算并匹配气泡生长速率和加热棒的温度发现，当表面过热度为4.82 K时，气泡底层微液层厚度约为3.43 μm，与相关文献中的微液层厚度测量值基本一致，进一步证实了微液层蒸发在孤立气泡沸腾换热过程中的重要性。本研究揭示了孤立气泡池沸腾过程中近壁面处的换热机制，为进一步的孤立气泡沸腾传热过程数值模拟奠定了理论基础。