加熱表面的池沸騰現象

圖 3-26 至 3-28 分別為開放加熱面、間隙 2 mm及間隙 0.5 mm 在飽和態、次冷度 10、20 及 30 K，利用數位相機拍攝由低至高熱 通量(在不同表面過熱度下)的沸騰現象。圖中可以發現，由於加熱面 為傾斜 45 度向上，因此在有間隙時，氣泡因為浮力脫離加熱面之後 會在加熱面與上擋板之間向空間上方離開，較不會受到上擋板阻礙而 影響到加熱面的熱交換，除非間隙縮小至氣泡脫離尺寸才會對氣泡擠 壓阻礙其脫離。Rini[23]以一個 10 mm × 10 mm × 5 mm的合金加熱 片在一大氣壓的 FC-72 中，在飽和態測得的氣泡的脫離直徑約在 0.4 mm~ 0.5 mm之間。

由圖 3-26 中可以觀察到，氣泡尺寸會隨著氣體次冷度的增加而 縮小，主要是因為次冷流體限制了氣泡的尺寸，這種情況在中高熱通

量(30%CHF~90%CHF)較為明顯，而低熱通量(30%CHF以下)則因為雖然 在相同的表面過熱度，但熱通量差距較大故較無法觀察到此現象。其 中以飽和態的氣泡尺寸最大，隨著熱通量的增加，由獨立氣泡漸漸合 併成大的氣泡，至高熱通量時，氣泡在加熱表面合併成更大的氣泡脫 離表面。隨著氣體次冷度增加，在低、中、高熱通量的氣泡尺寸逐漸 縮小，尤其在次冷度 30 K時最為明顯，但在低、中、高熱通量的氣 泡尺寸成長差距不如飽和態時那麼大。由圖 3-26 中也可以發現，相 同壁面溫度下，氣泡尺寸隨著氣體次冷態的增加而縮小，尤其在中、

高熱通量時最明顯，而壁面的氣泡密度卻隨著氣體次冷度的增加而增 加，尤其在低熱通量時最明顯，而增加的氣泡密度為加入可溶解氣體 的影響所致，也是降低加熱面溫度的主要原因，所以在相同熱通量 下，壁面溫度會隨著氣體次冷度的增加而下降。中、高熱通量時，隨 著氣體次冷度的增加，氣泡合併逐漸減少，在次冷度 30 K最為明顯，

增加氣體次冷度可以減少加熱表面的氣泡合併，也因此延後了臨界熱 通量的發生。

圖 3-27 中可以看出，間隙 2 mm時與開放式相似，在不同氣體 次冷態下，氣泡尺寸同樣會隨著氣體次冷度的增加而逐漸減小，尤其 在中、高熱通量時最為明顯。在高熱通量時，由於受到間隙影響，氣 泡有稍為被擠壓而變形，飽和態時最為明顯，隨著氣體次冷度增加而

逐漸不明顯；低、中熱通量時，氣泡沒有被擠壓而變形，表示間隙還 未接近氣泡尺寸。圖中也可以發現，在相同壁面溫度下，氣泡尺寸隨 著氣體次冷態的增加而減小，尤其在中、高熱通量時最為明顯，而壁 面的氣泡密度也隨著氣體次冷度的增加而增加，尤其在低熱通量時最 為明顯。而中、高熱通量時，隨著氣體次冷度的增加，氣泡合併也逐 漸減少，在次冷度 30 K時也最為明顯。由上述可知，間隙 2 mm還遠 大於脫離加熱面的氣泡直徑，所以間隙對於氣泡無明顯的影響，只有 在高熱通量時，大塊的氣泡受到擠壓而變形。

由圖 3-28(a) 中可以看出，間隙 0.5 mm時，由於間隙已經很接 近氣泡脫離尺寸，不論在飽和態或氣體次冷態下，低熱通量時的氣泡 就已經受到擠壓變形，被擠壓的氣泡與鄰近的氣泡合併成更大的氣泡 脫離加熱面。在中、高熱通量時，由於產生的氣泡更多，氣泡更容易 合併被擠壓變形，形成蒸氣膜覆蓋在加熱面上，此時氣體次冷度的影 響已經不明顯。在圖中也可以發現，低熱通量(30%CHF以下)時，還是 可以發現在相同壁面溫度下，隨著氣體次冷度增加，壁面的氣泡密度 也隨著增加。在中熱通量(30%CHF~60%CHF)時，蒸氣膜更加明顯，並 沒有因為氣體次冷度的增加而有太大不同。而到了高熱通量

(60%CHF~90%CHF)，加熱面已經完全被蒸氣膜覆蓋，氣體次冷度已經 沒有任何差別影響。

由上述可知，當間隙未達氣泡脫離加熱面尺寸時，氣泡不會受到

乙醇、R-113 以及苯，實驗條件與本實驗相似。Monde 等人的經驗公 式如下所示：