微重力池沸騰傳熱是空間微重力流體物理和熱物理領域的前沿研究方向之一。未來，相關成果將在先進的空間熱管理技術上具有應用價值。近年來，中國科學院力學研究所微重力重點實驗室研究員趙建福團隊綜合利用返回式衛(wèi)星長時間微重力飛行實驗、地基短時微重力落塔實驗、地面常重力對比實驗、數(shù)值仿真與理論研究等，持續(xù)對池沸騰現(xiàn)象中的氣泡熱動力學行為特征、傳熱性能及其內在機制開展了系統(tǒng)性的研究。近日，該團隊陸續(xù)發(fā)表了關于實踐十號返回式衛(wèi)星沸騰傳熱實驗（SOBER-SJ10）的一系列最新成果，揭示了低熱流條件下池沸騰傳熱性能與氣泡生長過程的基本特征。?

SOBER-SJ10實驗項目采用基于MEMS技術研制的集成微加熱器，在厚度2 mm的石英玻璃基板上集成了Pt薄膜電阻加熱器、單氣泡激發(fā)器、10路Pt薄膜熱電阻局部溫度測點，并在空間微重力環(huán)境實現(xiàn)了設定加熱條件下氣泡生成時間和空間均嚴格受控的單氣泡池沸騰實驗，觀測了氣泡生長過程中局部傳熱特性與氣泡動力學行為特征，反演重構了氣泡底部加熱面溫度場演化過程、局部干斑變化與生長氣泡表觀接觸角變化等，為進一步的理論建模與數(shù)值仿真提供了可靠的比較與驗證用基礎數(shù)據(jù)。?

此外，SOBER-SJ10實驗項目還在氣泡激發(fā)器不啟動時的常規(guī)池沸騰傳熱進行了天地對比實驗觀測，并揭示了低熱流密度核態(tài)池沸騰模式下，盡管重力顯著影響著沸騰起始和臨界熱流的發(fā)生，但不同重力條件下核態(tài)池沸騰傳熱曲線近似處于同一趨勢線上，且部分重合部位呈現(xiàn)出明顯的重力無關特性。上述成果為進一步揭示重力對沸騰傳熱性能的影響、構建可靠的沸騰傳熱重力作用機制模型提供了可靠依據(jù)。?

相關成果經過嚴格的數(shù)據(jù)判讀與深入分析，發(fā)展了基于遺傳算法的瞬態(tài)導熱反問題求解算法和基于雙目視覺原理的生長氣泡三維重構算法等，為該團隊目前正在承擔的中國空間站問天實驗艙變重力沸騰實驗（vgBOILING-CSS）空間實驗數(shù)據(jù)判讀與處理提供了便捷方法，支撐了vgBOILING-CSS飛行實驗任務的執(zhí)行。?

相關研究成果發(fā)表在《國際傳熱傳質雜志》（International Journal of Heat and Mass Transfer）和《工程熱物理學報》上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金-中國科學院聯(lián)合基金培育項目、中國科學院空間科學戰(zhàn)略性先導科技專項、中國載人空間站工程科學實驗項目等的支持。??

論文鏈接

微重力條件下單氣泡生長過程中氣泡半徑、質心高度、基底半徑與表觀接觸角的典型變化

微重力條件下單氣泡生長過程中底部加熱面溫度場和熱流場時間-空間演化過程

常規(guī)池沸騰傳熱性能的天地對比