超疏水表面调控下水的瞬态沸腾冷却特性研究

本文主要探讨了在大气压下，通过热不锈钢球的淬火方法研究表面润湿性对瞬态沸腾水的影响，从超亲水到超疏水性质的变化。研究团队利用纳米结构涂层技术，实现了接触角从接近0度到超过160度的显著变化，以此来调节表面的润湿特性。实验结果显示，随着接触角的增大，淬火冷却速率减慢，这是因为表面疏水性使得蒸汽膜得到了稳定和保持，即使在极低壁面过热度下也能维持。对于超亲水情况下的实验，观察到了显著的沸腾传热增强，临界热流（CHF）提高了将近70%，与原始亲水基线相比，这是由于超亲水性导致的剧烈再湿润现象加速了蒸汽薄膜的早期崩溃，从而极大地增加了薄膜沸腾的传热效率。 高速成像技术揭示了这一过程：超亲水表面促使蒸气薄膜快速重构，这反过来促进了热量传递的迅速增加。另一方面，疏水表面则倾向于保持稳定的薄膜沸腾阶段，提供了一种主动调控瞬态沸腾的手段。这项研究对理解润湿性对热流传输在工业冷却应用中的作用具有重要意义，特别是在高效率和稳定性之间寻求平衡的场合，比如汽车发动机、电子设备冷却和能源系统中的热管理。通过设计和优化纳米结构表面的润湿性，可以实现对瞬态沸腾性能的精细控制，这对于提升设备性能和能效具有潜在的实用价值。