文獻回顧

1.2.1 沸騰曲線

1934 年 Nukiyama[1]以水平白金絲浸入水中加熱而做出熱通量 q＂對過熱度 ΔT 的沸騰曲線圖，如圖 1-3 所示。沸騰曲線可分成四個區域：

(1)自然對流區：

液體在加熱表面的流體運動，因加熱造成密度差而引起自由對流。此時並無 氣泡產生，即 a-b。

(2)核沸騰區：

當熱通量繼續增加到一定值時，金屬線表面便開始產生氣泡，並脫離表面消 散於液體之中，此時的過熱度稱之為起始過熱度，即圖中 c。當熱通量不斷 升高，氣泡迅速形成且快速升至液面而消失，我們稱之為核沸騰，即 d-e-f。

在此區域中我們發現其熱傳效果大於自然對流區。當熱通量繼續升高，產生 的氣泡幾乎覆蓋整個加熱表面而阻礙了新液體流入與加熱面接觸，此時若再 繼續加熱，過熱度會突然跳升而使加熱原件燒毀，此點 f 被稱之為臨界熱通 量(Critical Heat Flux ，CHF)。

(3)不穩定薄膜沸騰：

此區域代表由核沸騰變至薄膜沸騰之一變遷區而且是不穩定的，此時加熱表 面會被液體與氣體交替覆蓋，即 f-g。

(4)穩定薄膜區：

隨熱通量的增加，氣泡數量亦隨之增加，形成一覆蓋在液面上的蒸汽薄膜，

進而使加熱面完全被氣膜覆蓋，即 g-h。

1.2.2 成核理論

沸騰起始於一個微小氣核的產生。液體相裡氣核的產生就是所謂的成核。一 般氣泡的形成可分成兩類，一為均質成核，另一種則為非均質成核。所謂的均質 成 核 即 在 沒 有 外 加 物 質 影 響 的 成 核 稱 之 為 均 質 成 核 (homogeneous nucleation) 。 反 之 ， 有 外 加 物 質 影 響 的 成 核 現 象 ， 稱 為 非 均 質 成 核 (heterogeneous nucleation)。

(1)均質成核：

Volmer [ 2 ]利用典型的比例理論 ( rate theory ) 推測，若是要產生 氣相的話，許多分子就需要有活化的能量 ( activation energy )，這些帶有 活化能的分子經由碰撞而結合成氣泡。根據這個理論發現純液體的成核會需要 極高的過熱度，例如一大氣壓下的水就需要 50℃ 的過熱度。

(2)非均質成核：

日常生活所見到的沸騰現象大多源自於外來物質影響成核，也就是所謂的非均質 成核，這些外來物質通常來自於加熱表面或不凝結氣體。一加熱體表面或多或少 會有一些凹穴或小瑕疵的存在，而這些凹穴中可能有一些不凝結氣體的存在，成 為特定氣泡發生的地方，大幅降低成核所需要的過熱度。這點與均質成核在任何 地方都可能形成氣泡的情況不同。

1.2.3 文獻回顧

象，並以 R-113，Acetone , 水為工作流體，並以 Bond number 與 Boiling number 及間隙大小來比較熱傳效果的好壞，由其發布的結果可觀察得知與平

此時的熱通量非常接近臨界熱通量。

Katto 等[10]以飽和水為工作流體，研究有限空間對核池沸騰的影響。

Rampisela [12]以 R-113 為工作流體，銅片長度為 120mm，垂直矩形空 間，不同間隙(1mm<s<5mm)情況下的池沸騰研究。將其分成三個區域:

1.Nucleate boiling with deformed bubbles。發生在低熱通量和大間隙 的情況下，熱傳性能和開放式的不相上下。

2.Plug flow。發生在中熱通量和中間隙的情況下，氣泡合併現象和 Yao 等[7]定義的 coalesced deformed bubble 區域相似。

3.Annular flow。發生在高熱通量和小間隙的情況下。此時平板完全覆蓋 蒸氣薄膜，使熱傳降低，和 Yao 等[7]定義的 dry-out 區域相似。

Rampisela[12]和 Yao 等[7]都是利用 Bond number 和 Boiling number 來定義沸騰現象。對於低 Bond number，因為間隙限制使得氣泡被壓縮，所

Misale 等[15]以垂直銅片分別在不同的工作流體(FC-72 與 HT-55)、與

直加熱時，對兩種加熱面而言，其中間隙 2mm 才是最佳熱傳性能間隙。另外，

鰭片加熱面在任何相同角度、相同間隙的條件下實驗，其臨界熱通量與熱傳 係數皆比光滑面高約 2 倍。

開放式 小間隙(四端開放) 小間隙(兩端封閉)

圖 1-1 開放式、小間隙(四端開放)、小間隙(兩端封閉)池沸騰差異

Θ＝０° Θ＝45° Θ＝90°

圖 1-2 不同加熱面角度的示意圖

圖 1-3 池沸騰曲線圖

(a)isolated deformed (b)coalesced deformed (c) post-dryout liquid bubbles bubbles

1-4 狹窄空間中的沸騰現象[7]

第二章 池沸騰重要參數與理論分析

Anderson 等[21]用介電液 FC-72 對三種不同表面處理的銅片(12.7mm×12.7mm) 做池沸騰熱傳分析，其三種不表面處理的銅片分別為:

在文檔中 介電液FC-72在狹窄矩形空間的池沸騰研究 (頁 14-23)