微重力下的沸腾

进入微重力后：气泡尺寸尺寸变大，而且没有 气泡从表面脱离的现象（c）。
（d）气泡之间发生合并形成相对大的球形气 泡。 （e）从加热面中心游离到边缘。
加速度
电压
微重力前： 壁温T w 和加热电压U heating保持不变； 微重力后：壁温T w 和加热电压U heating保持不变； 加热表面壁温相比常重力条件保持不变，而且不 随气泡行为的改变而改变，表明稳态池沸腾现象在 微重力条件下可以获得。
1.3 实验部分：
实验装置图
试验设备：
电源：给液体加热，是液体沸腾
高速摄影机：把沸腾时，气泡的运动情况拍下来
光源：拍照的时候，可以获得较高的清晰度
液池：装液体的装置
温度传感器：测量液体和加热芯片的温度
数据采集器：显示温度、加热电流
橡胶袋：使整个过程，压力维持不变 芯片：用来加热液体的界面体
编 号
光滑 的芯片பைடு நூலகம்
中 热 流
微重力前：（a）气泡更多，运动更激烈 微重力后：（b） （c）相邻气泡合并形成更大的 合并气泡， 并不断捕获它周围的零星小气泡。 （d）合并气泡被周围气泡从加热表面挤压，由于 表面张力作用形状发生变化。 （e）合并气泡由于其下面的微层蒸发和由合并引 起的表面剧烈振荡作用，使得合并气泡从加热表面 脱离。
阻力： F重力：重力很小不考虑。 F粘性阻力：主要的阻力之一 F表面张力：主要的阻力之一 F Marangoni 力：表面张力梯度所引起的力，不考虑。 在常重力下主要考虑F浮力、 F粘性阻力、 F表面张力
1.2.2 微重力下
（1）沸腾机理：微重力沸腾所需的条件和常重力差不多一
样，但沸腾现象和机理却有很大的差别，因为气泡受力 发生很大的变化。
（4）微重力研究方法： 利用中科院国家微重力实验室提供的百米落塔平台，进 行研究。 实验液体：FC-72（氟化物）
实验特点：时间短3～4s，过程控制难，费用高
1.2 沸腾机理和气泡受力分析：
1.2.1 常重力下 （1）沸腾机理： 首先加热液体的过热是产生小气泡的必要条件，即液 体的温度高于气泡所对应的饱和温度。
随着时间的增加，壁温在逐渐升高直到达到最 大峰值，然后逐渐降低，并同时调整曲线达到准 稳态状态，最后在微重力条件下实现准稳态核态 池沸腾。
加热电压不变。
光滑 的芯片
高 热 流
微重力前：（a）气泡很多，运动很激烈。
微重力后：（b）气泡合并大气泡
（c）合并气泡保持半球形，是因为气泡顶部的冷 凝和底部小气泡的合并达成平衡。 （d）气泡的形状变成椭球型而且界面变得更为光 滑，是因为液体的过冷度较高导致气泡顶部的冷凝 加强。 （e）气泡不离开界面。
（4）失重
1
微重力下气泡的运动变化和传热性能
1.1 微重力简介：
（1）微重力的研究背景：
常重力下的沸腾传热研究已经很成熟了，对于微重力下 的沸腾传热却在最近几年刚开始的，所以对它的沸腾了 解却不足。 （2）沸腾态的选择： 与膜态沸腾相比，核态沸腾传热系数高，传热稳定， 多用在实际应用中。
（3）微重力研究的意义：未来太空的应用。
我们列举电流I分别为0.20、0.36、0.40A这三种情况。
I=0.20 为低热流、I=0.36 为中热流、I=0.40 为高热流。
光滑 的芯片 低 热 流
图片上的时间负的，表示还没有进入微重力状 态，时间正的，表示进入微重力。（a）（b）（c） （d）（e）是不同时间气泡的运动情况。
进入微重力前：气泡不断地生长，脱落，而 且维持稳定的核态沸腾状态（a）。
实验条件表格1
表格1说明：
SI0.20、SI0.24、SI0.30、SI0.36、SI0.40是实验编号； P 是实验压力差不多都维持在一个大气压下； T l 是实验液体的初始温度，差不多都相等，为15℃； △T sub 是过冷度，都维持在40～41 ℃； I 是电源所提供的电流，分为0.20A、0.24A、0.30A、 0.36A、0.40A，这是实验的对比参数。
（2）气泡在微重力下的受力分析：
驱动力：F浮力：浮力变得很小可忽略，所以气泡不易离 开加热表面。 F惯性力：可以认为和常重力一样不变 F压力差：可以认为和常重力一样不变
阻力： F重力：重力很小可忽略 F粘性阻力：可以认为和常重力一样不变 F表面张力：可以认为和常重力一样不变 F Marangoni 力：在微重力时是影响很大的阻力 我们主要考虑 F浮力 、F Marangoni 力
（2）过冷度： 物质结晶时的温度称为理论结晶温度，但是 实际结晶时，实际结晶温度总是低于理论结晶 温度的，这种现象成为过冷现象。
过冷度 △T sub=T i–TP
（3）沸腾临界点CHF : 当温度达到由泡核沸腾转变为膜态沸腾所对 应的值T时，称为沸腾临界点。 这时加热表面上的气泡很多，气泡连成一片， 覆盖了部分加热面。由于气膜的传热系数低， 加热面的温度会很快升高。
（a）（b）T w和加热电压U heating不变。 （c）（d）（e）由于生成的气泡没有离开加热 壁面，使得传热系数降低，所以壁温T w和U heating快 速升高。 表明沸腾换热恶化，可能提前发生临界热流或转 变为膜态沸腾。
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微翘片的芯片和光滑芯片
的沸腾性能比较
二是加热界面要存在气化核心，一般认为粗糙表面的 消息凹缝易于成为气化核心。
三是液体的导热系数λ、密度ρ越大传热系数越大， 而 粘度 μ、表面张力σ越大传热系数却越小。 提高沸腾压力相当于提高液体的饱和温度，使液体的 表面张力σ和粘度均下降，有利于气泡的生成和脱离。
（2）气泡在常重力下的受力分析： 驱动力：F浮力：浮力，最主要的动力， 所以气泡可以不断地离开加热表面。 F惯性力：较小 F压力差：影响不大。
微重力下的沸腾传热
报告人：姚艺彬 搭档： 白昊
内容概要： 1 微重力下气泡的运动变化和传热性能 2 微翘片的芯片和光滑芯片的沸腾性能比较 3 气泡的尺寸和发泡频率
概念： （1）过热度： 过热度指的是加热壁温高于对应压力下的饱 和温度的程度。 △T=T w –T sat 压力升高，液体的饱和温度也是升高的。当加 热壁温不变，提高压力时，则液体的过热度降 低。