气泡动力学：基于气腔几何形状的影响研究

核苏池沸腾因其卓越的传热系数而闻名，使用气腔进一步提高气泡核化和传热率。为促进这一传热增强技术，要求对气腔几何形状对单个气泡动力学的影响进行深入了解。本文数值研究了圆柱形和锥形气腔对 R1234yf 核苏池沸腾气泡动力学的影响。气腔半径变化范围为 50 微米至 400 微米，气腔深度变化范围为 100 微米至 1000 微米，固定热通量为 28 kW/m$^2$。结果发现，气腔半径小于 120 微米时，离析前的最大等效直径保持恒定；而当气腔半径继续增大时，该值呈线性增长。圆柱形气腔无论气腔半径或深度如何，都表现出高稳定性；而锥形气腔则随着气腔角度的增加，呈现蒸汽保留量的下降趋势。在颈缩阶段，气泡界面会在气腔边缘固定，这取决于锥形气腔角度，暗示较小的半径有助于增强表面润湿。当气腔角度小于界面接触角的四分之一时，锥形气腔可被视为圆柱形气腔。将单个气腔发现结果扩展到气腔阵列设计时，建议采用圆柱形气腔，以实现稳定的气泡行为。为获得更多核化区域和润湿，建议采用亚临界半径。对于高超临界条件，建议采用较宽的气腔，以便更大的气泡增强气泡生长。