电场强化汽/液/固三相接触区域的相变传热研究

汽/液/固三相接触区域的蒸发及沸腾换热过程是微尺度相变传热中的关键问题，接触角的减小可以达到强化换热的目的。本课题以采用微流控芯片中的电润湿原理改变接触角为切入点，关注三相接触线的电场力以及电毛细对流等效应，基于电水动力学（EHD）原理，采取实验研究、数值模拟和理论分析相结合的研究方法，揭示电场强化相变传热的机理。拟分别开展以下三方面的研究：(1)电场强化微细管内的弯月面蒸发传热；(2)电场作用强化微细管内的核态沸腾换热；(3)交流电场强化固着导电液滴的蒸发传热。本项目的研究结果将极大的丰富和发展电场强化换热理论，具有重要的学术意义和工程应用价值，同时将为微换热器的优化设计及微电子芯片冷却技术提供坚实的理论基础和依据。

采用理论分析、数值模拟以及实验研究相结合的方法，本项目从微观和宏观尺度上对电场强化三相接触区域的相变传热机理进行了研究。探索了外加电场对核态沸腾、弯月面蒸发、液滴蒸发和冷凝的强化传热机理。研究内容包括：通过理论分析研究电场、接触角、粗糙度等对汽泡成核临界半径与临界热流密度、液滴凝结临界半径的影响；发展了崭新的格子Boltzmann相变传热数值方法，采用这个数值模拟方法研究了池沸腾、弯月面蒸发以及液滴冷凝等传热机理；通过实验方法研究电场对微液层蒸发、核态沸腾以及液滴蒸发与冷凝的强化以及粗糙表面对池沸腾传热的影响等。本项目的研究成果极大地丰富和发展了电场强化换热理论，具有重要的学术意义和工程应用价值，将为微换热器的优化设计及微电子芯片冷却技术提供坚实的理论基础。