表面微结构对阵列微射流沸腾换热的影响

与单相射流相比，阵列式微射流沸腾换热耦合了分布式射流与气液相变两种高效传热模式，在高热通量电子器件冷却领域具有重要的应用前景。本文创新性提出一种具有顶部浸入式阵列射流柱与底部微针肋阵列结构耦合的微射流沸腾换热系统，采用无水乙醇为工质，研究了入口过冷度、入口Re、热通量对射流沸腾换热影响特性；采用电刷镀制备了镍/石墨烯微纳复合结构，研究了该复合结构对微针肋阵列表面射流沸腾换热的影响规律，揭示了镍过渡层引入的附加热阻以及蘑菇状微纳复合结构对气泡脱离的抑制是换热削弱的主要原因。为克服上述弊端，采用激光对镍/石墨烯微纳复合结构表面进行了刻蚀，发现激光刻蚀消除了镍/石墨烯微纳复合结构导致的附加热阻及其气泡脱离抑制效应，其最大传热系数达到30787.0W/(m2·K)，较镍/石墨烯微纳复合结构表面和针肋阵列光滑表面传热系数分别提高了140.7%和119.8%。本文的研究结果表明，微纳复合结构对沸腾换热的影响取决于制备工艺及其结构形貌，激光刻蚀较电刷镀形成的微纳复合结构在微射流沸腾换热强化方面更具优势，为表面微纳结构强化沸腾换热系统设计、制备和运行提供科学参考。