垂直加熱面在相同間隙下，不同氣體次冷度對池沸騰的影

垂直開放加熱面

圖4-2(a)-(d)為垂直開放加熱面，在不同氣體次冷度下，遞增熱通量與 遞減熱通量的沸騰曲線圖。由圖中可以發現，當氣體次冷度為0 K 時，遞 增熱通量會有溫度超越(Temperature overshoot)的現象發生，隨著次冷度的 增加，溫度超越也會逐漸減小，甚至不會發生。其原因與加入可溶解氣體

初始壁面過熱度[31]，所以溫度超越的發生率也降低了。圖中也可以發現 在遞減熱通量的曲線會稍往左偏移，其原因是遞減熱通量時，熱通量是由 接近臨界熱通量(CHF)的完全發展核沸騰區，逐漸遞減熱通量，由於測試 片(光滑銅片)表面的孔穴已經被活化，因此遞減熱通量的核沸騰區域會增 加，有較低的壁面溫度。

圖4-3 為垂直開放加熱面在四種氣體次冷度的沸騰曲線圖。由圖中可 以觀察到，加入可溶解氣體會使沸騰曲線會往左偏移，表示在氣體次冷態 的壁面溫度較低。尤其在低熱通量下(30%CHF 以下)，加入可溶解氣體會 很明顯得使壁面溫度降低，當氣體含量逐漸增加，壁面溫度降低的越明 顯，圖中氣體次冷度30K(Cg = 0.0038)時，壁面溫度降低的最多，因為含 有可溶解氣體會使沸騰提早發生，於圖中可以很明顯的看出起始沸騰隨著 所加入的氣體含量增加而越早發生，詳細數據也可參考表 4-3，沸騰的發 生 使 得 氣 泡 脫 離 壁 面 增 加 對 流 ， 降 低 壁 面 溫 度 。 在 中 熱 通 量 時 (30~60%CHF)，雖然氣體次冷態下的壁面溫度較飽和態時低，但增加氣體 次冷度對壁面溫度無明顯的影響，主要原因是含有可溶解氣體的流體在接 近壁面時，受到靠近壁面的高溫液體使含有可溶解氣體的液體被除氣 (degassed)，因此原本含有氣體的流體到達壁面時，已經變成不含氣體的純 流體，此時在壁面發生的沸騰為純次冷流體沸騰，所以壁面溫度才無法降 低，使得沸騰曲線逐漸重疊在一起[31]。在高熱通量時(60~90%CHF)，氣 體次冷態的沸騰曲線已經幾乎重疊，但壁面溫度還是比飽和狀態時低。臨 界熱通量也會隨著氣體次冷度的增加而有增加的趨勢，如表4-3 所示，但 提升的比率會隨著氣體次冷度的增加而逐漸減少。

圖4-4 為垂直開放加熱面在四種氣體次冷度的熱傳遞係數曲線圖。圖 中氣體次冷態下，由於低熱通量下的自然對流區熱傳遞影響比較不明顯，

因此只考慮核沸騰區熱傳遞係數。由圖中可以看出在氣體次冷態下的熱傳 遞係數隨著熱通量的增加，會遠高於飽和狀態下的熱傳遞係數，但是隨著 氣體次冷度增加，熱傳遞係數並不會有很明顯的提升。其原因如前所述，

因中高熱通量時液體被除氣(degassed)，使得熱傳係數無法增加。

間隙S = 3 mm

圖4-5為間隙3 mm 時，在不同氣體次冷度下，遞增熱通量與遞減熱 通量的沸騰曲線圖。在氣體次冷度為0 K 時，一樣有溫度超越的現象發生，

隨著氣體次冷度逐漸增加，溫度超越逐漸消失。當遞減熱通量時，曲線同 樣會往左偏移，有較低的壁面溫度。

圖4-6為垂直加熱面，間隙3 mm 時，在不同氣體次冷度的沸騰曲線 圖。圖中同樣可以觀察到，增加氣體次冷度會降低壁面溫度。在低熱通量 時(30%CHF 以下)，起始沸騰也隨著氣體次冷度的增加而提早發生(詳細數 據如表4-3所示)，壁面溫度相對於飽和狀態也有很明顯的降低，尤其在氣 體次冷度20 及 30 K 最明顯。中熱通量至高熱通量(30%CHF~90%CHF)，

氣體次冷態的壁面溫度也比飽合態低，曲線也同樣重疊在一起，與開放式 的結果相似。臨界熱通量同樣隨著氣體次冷度的增加而增加，增加的比率 也隨著氣體次冷度的增加而逐漸減少。

圖4-7為垂直加熱面，間隙3 mm 時，在四種氣體次冷度的熱傳遞係 數曲線圖。圖中可以發現，低熱通量(30%CHF 以下)時，在氣體次冷度為 20 與 30 K 的熱傳遞係數有明顯的增加；中高熱通量(30%CHF~90%CHF) 時，熱傳遞係數隨著氣體含量增加而提升，但提升的比率趨緩。

間隙S = 2 mm

圖4-8為間隙2 mm 時，在不同氣體次冷度下，遞增熱通量與遞減熱 通量的沸騰曲線圖。在飽和態的溫度超越已不明顯，隨著氣體次冷度的增 加，也沒有明顯的溫度超越現象發生。遞減熱通量的曲線也同樣比遞增熱 通量有稍往左偏移，有較低的壁面溫度。

圖4-9為垂直加熱面，間隙2 mm 時，在不同氣體次冷度的沸騰曲線 圖。在低熱通量(30%CHF 以下)時，起始沸騰也隨著氣體次冷度的增加而 提早發生(詳細數據如表 4-3 所示)，壁面溫度相對於飽和狀態也有很明顯 的降低，尤其氣體次冷度為 30 K 時最明顯。中熱通量至高熱通量 (30%CHF~90%CHF)時，氣體次冷度 30 K 比氣體次冷度 10 與 20 K 的壁 面溫度稍低，其原因可能為間隙縮小，使得在加熱表面流體的對流變好，

因而使壁面溫度降低。臨界熱通量同樣隨著氣體次冷度的增加而增加，增 加的比率與間隙為3 mm 時有相同趨勢，只稍微有提升，其原因同樣為間 隙限制所致。

圖4-10為垂直加熱面，間隙2 mm 時，在四種氣體次冷度的熱傳遞係 數曲線圖。圖中可以發現，在低熱通量(30%CHF 以下)時，氣體次冷度為

數明顯比較好。中高熱通量(30%CHF~90%CHF)時，氣體次冷度 10 與 20 K 的熱傳遞係數有明顯比飽和態好，但二者曲線相近，無明顯差異；氣體次 冷度為30 K 的熱傳遞係數比氣體次冷度 10 與 20 K 有更明顯的增加。顯示 熱傳遞係數會隨著氣體次冷度的增加而增加，也會隨著間隙的減小而有提 升的趨勢。

間隙S = 1 mm

圖4-11為間隙1 mm 時，在不同氣體次冷度下，遞增熱通量與遞減熱 通量的沸騰曲線圖。圖中可以發現，在氣體次冷態下會有小幅度的溫度超 越發生，其原因為間隙減小，沸騰發生後使流體速度增加，增加對流，瞬 間降低了壁面溫度所致。遞減熱通量的曲線也同樣有往左偏移，有較低的 壁面溫度。

圖4-12為垂直加熱面，間隙1 mm 時，在不同氣體次冷度的沸騰曲線 圖。圖中可以發現，在低熱通量(30%CHF 以下)時，飽和態的起始沸騰過 熱度比氣體次冷度為10 K 低，而氣體次冷度增加至 20 K，起始沸騰過熱 度才隨著氣體次冷度的增加降低；而且氣體次冷度10 與 20 K 的壁面溫度 與飽和態相近，無明顯的差異。到氣體次冷度增加至30 K，壁面溫度才有 明顯的降低，其原因為間隙太小，使得在間隙中的可溶解氣體含量不足，

所以在加入低氣體含量時，壁面溫度才無明顯的降低。在中高熱通量 (30%CHF~90%CHF)時，此時已經進入完全發展核沸騰區，所以氣體次冷 態的壁面溫度皆明顯比飽和態低，氣體次冷度 30 K 的壁面溫度比起氣體 次冷度為10 與 20 K 更有明顯的降低。臨界熱通量同樣隨著氣體次冷度的 增加而增加，而增加的比率比間隙3 mm 時高，其原因同樣為縮小間隙所 致。

圖4-13為垂直加熱面，間隙1 mm 時，在四種氣體次冷度的熱傳遞係 數曲線圖。圖中可以看出，在低熱通量(30%CHF 以下)時，氣體次冷度為 10 與 20 K 的熱傳遞係數與飽和態相近，而氣體次冷度 30 K 的熱傳遞係數 則明顯的高出許多。中高熱通量(30%CHF~90%CHF)時，氣體次冷度 10 與 20 K 的熱傳遞係數有明顯比飽和態高，氣體次冷度為 30 K 時則更高出更 多。

間隙S = 0.5 mm

圖4-14為間隙0.5 mm 時，在不同氣體次冷度下，遞增熱通量與遞減 熱通量的沸騰曲線圖。圖中可以發現，在氣體次冷態也有小幅度的溫度超 越發生。遞減熱通量也有往左偏移，有較低的壁面溫度。

圖4-15為垂直加熱面，間隙0.5 mm 時，在不同氣體次冷度的沸騰曲 線圖。在低熱通量(30%CHF 以下)時，氣體次冷度為 10 K 的起始沸騰過熱 度同樣比飽和態高，繼續增加氣體次冷度至20 K，起始沸騰過熱度才隨著 增加氣體次冷度而降低；但是氣體次冷態的壁面溫度卻無明顯的降低，其 原因為間隙比氣泡尺寸小(約 mm)，當氣泡產生隨即被間隙擠壓變形，然 後再與鄰近擠壓變形的氣泡合併成更大的氣泡膜，覆蓋在加熱表面，使得 液體無法補充至加熱面進行熱交換，所以壁面溫度無法降低。至中高熱通 量(30%CHF~90%CHF)時，壁面溫度才隨著氣體次冷度的增加而稍微降 低。臨界熱通量同樣隨著氣體次冷度的增加而增加。

圖4-16為垂直加熱面，間隙1 mm 時，在四種氣體次冷度的熱傳遞係 數曲線圖。圖中可以發現，在低熱通量(30%CHF 以下)時，隨著氣體次冷 度 的 增 加 ， 熱 傳 遞 係 數 並 無 顯 著 的 增 加 ； 直 至 中 高 熱 通 量 (30%CHF~90%CHF)時，熱傳遞係數才隨著氣體次冷度的增加而增加，但 增加的比率不大。

不論加熱面在開放或是有間隙的情況下，低熱通量時增加氣體次冷度 都會使沸騰提早發生，降低壁面的溫度，有較佳的沸騰熱傳係數；在中高 熱通量時，雖然氣體次冷態的熱傳係數皆優於飽和態，但增加氣體次冷度 卻不會有顯著的提升，主要原因是液體中的氣體被除氣(degassed)所致，使 得中高熱通量時，加熱表面的沸騰熱傳為純液體的沸騰熱傳，因而無法有 效提升熱傳係數。You 等人[31]在1996 年發現，除非繼續增加氣體次冷度 至40 K，也就是氣體含量增加至 0.005 moles / mole 以上，中高熱通量下的 沸騰熱傳係數才有可能顯著提升，降低壁面溫度，起始沸騰更會提早至次 冷態下發生。

4.1.2 垂直加熱面在相同氣體次冷度時，間隙大小對池沸騰的影響