微纳米相变传热强化与热管理技术.pptx

微纳米相变传热强化与热管理技术杨荣贵，刘修良华中科技大学能源与动力工程学院热功能与交叉应用实验室(X-ThermalLab)ronggui@liuxiuliang@

华中科技大学X-ThermalLab团队2/322018年至今，华中科技大学，教授2006年，MIT博士2006年~2018年，科罗拉多大学，助理教授、副教授、教授4篇Science、4篇NatureMaterials、3篇ScienceAdvances、4篇Joule等SCI论文200+；谷歌学术引用28000+国际热科学Nukiyama纪念奖（2020）全球十大物理突破（2017）美国机械工程师学会会士（2015）TR35全球杰出青年发明家（2008）杨荣贵刘德欢钱鑫江普庆李小波刘修良靳开元教授，青千电声耦合效应,半导体热学、电学输运性质教授，优青微纳尺度导热、低品位热能回收研究员微纳尺度热测量方法的开发与应用副教授热储能、微纳尺度热输运副教授电子器件热管理、微纳尺度相变传热副教授热储能系统设计、优化与传热、腐蚀分析

目录3/32相变传热强化的背景介绍汽→液相变：冷凝强化可持续性液滴弹跳冷凝液滴耦合液膜混合冷凝液→汽相变：蒸发与沸腾毛细驱动的被动式液膜沸腾主动式液膜沸腾：喷雾冷却基于相变强化的两相均温板

相变传热技术应对热管理挑战相变传热同步提升热流密度和换热系数开发高效相变热管理技术，对于能源和电子系统的低能耗和可靠运行具有重要的意义水强制对流氟化液强制对流空气强制对流强制对流单相冷却0.011001000101001000自然对流0.1 1 10换热系数（kW/m2K）热流密度(W/cm2)水蒸发/池沸腾水射流/喷雾/微通道相变散热氟化液射流/喷雾/微通道水液膜沸腾热管理挑战4/32主动被动

利用微纳结构调控汽泡、液滴、液膜耦合输运，强化相变传热沸腾冷凝核化 生长脱落合并nmμmnm-μm演化mm5/32

目录6/32相变传热强化的背景介绍汽→液相变：冷凝强化可持续性液滴弹跳冷凝液滴耦合液膜混合冷凝液→汽相变：蒸发与沸腾毛细驱动的被动式液膜沸腾主动式液膜沸腾：喷雾冷却基于相变强化的两相均温板

7/32换热性能KimandKim.JHT,2011,133:081502.??max?0.3q?r ,?T冷凝过程CondensingsurfaceVapormaxr ?l6?sin?cos??cos?r a? ?l3??g2?3cos??cos??????????1/2?壁面过冷度:ΔT=Tv-Tw1mmθ90°6mmθ90°Ma,etal.,Int.J.HeatMassTransfer,2012,55:531-537.冷凝模式DropwiseFilmwise表面润湿θHydrophilicθHydrophobic汽→液冷凝传热：膜状vs.滴状

纳米表面微纳结构液滴弹跳促进滑动浸油表面Wen,etal.,Joule,2018.1-200nm1-100μm2-500μm 1.5-2.5mmWen,etal.,Joule,2018,2(11):2307-2347.NucleationGrowthCoalescenceDeparture滴状冷凝过程研究现状：构建精细的微纳米结构表面来改善液滴动态特性，从而加快冷凝液去除。微纳结构强化冷凝传热荷叶的超疏水特性Anand,etal.,ACSNano,2012.8/32

9/32超疏水表面上液滴的润湿性转变3mm500μmPurewatervaporΔTtran=0.8K25%WenzelstateWen,etal.,ACSAppl.Mater.Interfaces.9,13770-13777(2017).成核导致的润湿转变500μm300nmefg lr? 2Tv?lvh??Tre?200nmCassiestateMiljkovic,etal.,NanoLett.13,179-187(2013).解决方案：（1）发展冷凝耦合相变新机制；（2）调控液滴成核，减小液滴脱离周期

10/32纳米线表面的冷凝传热500μm500μm500μmWen,etal,NanoEnergy,33,177-183(2017).Non-condensablegas(1%)2μmΔTtran=7.6K100%LowdensityHighdensityNucleateddropletsVapormolecules4μm

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