A heat transfer model for liquid film boiling on micro-structured surfaces

沸腾 沸腾传热 传热 材料科学 雷登弗罗斯特效应 热力学 临界热流密度 核沸腾 传热系数 物理
作者
Pengkun Li,Qifan Zou,Xiuliang Liu,Ronggui Yang
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:11 (5): nwae090-nwae090 被引量:33
标识
DOI:10.1093/nsr/nwae090
摘要

ABSTRACT High heat transfer coefficient (HTC) and critical heat flux (CHF) are achieved in liquid film boiling by coupling vibrant vapor bubbles with a capillary liquid film, which has thus received increased interest for thermal management of high-power electronics. Although some experimental progress has been made, a high-fidelity heat transfer model for liquid film boiling is lacking. This work develops a thermal-hydrodynamic model by considering both evaporation atop the wick and nucleate boiling inside the wick to simultaneously predict the HTC and CHF. Nucleate boiling is modeled with microlayer evaporation theory, where a unified scaling factor is defined to characterize the change of microlayer area with heat flux. The scaling factor η is found to be independent of wicking structure and can be determined from a few measurements. This makes our model universal to predict the liquid film boiling heat transfer for various micro-structured surfaces including micropillar, micropowder, and micromesh. This work not only sheds light on understanding fundamental mechanisms of phase-change heat transfer, but also provides a tool for designing micro-structured surfaces in thermal management.
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