表面润湿性对微通道内流动沸腾特性的影响( The effect of surface wettability on flow boiling characteristics within microchannels )

K Vontas M Andredaki A Georgoulas N Miché M Marengo

微通道内的流动沸腾过程在许多工业应用中起着非常重要的作用。然而，对一个重要的控制参数：表面润湿性的影响还缺乏认识。本文对微通道内饱和流动沸腾条件下润湿特性对单泡和多泡生长的影响进行了深入的数值研究。利用开源计算流体力学(CFD)工具箱OpenFOAM和一个自定义的用户增强流体体积(VOF)求解器进行了三维数值模拟。提出的求解器改进包括适当处理伪速度阻尼，改进的动态接触角处理，以及在流体域中实现相变模型，也考虑了与固体域的共轭传热(CHT)。总共进行了三组具有恒定热和质量通量的亲水和疏水表面的模拟。在第一组实验中，将单个气泡种子贴合在微通道入口附近，测量沿通道界面的传热系数(HTC)，直到气泡鼻部到达出口。分析了气泡在通道内的生长和输运过程，观察到润湿特性对HTC的影响很小。在第二组模拟中，模拟了多个在同一位置重复发生的成核事件；观察到，在这种更现实的情况下，HTC中润湿性的影响更深远。最后，对多个成核位点和反复发生的成核事件进行了模拟，以分析更接近实际的情况。结果表明，表面润湿性对HTC的影响很大，亲水性和疏水性分别比单相参考模拟高43.9%和17.8%。另外，对于亲水和疏水表面，主要的传热机制分别是液膜蒸发和接触线蒸发，对于所提出的模拟参数，液膜蒸发可以被认为是比接触线蒸发更有效的传热机制。

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