失重环境下热释电加热面润湿性的自调控特性
核工程与核技术资助企业: 中国核动力研究设计院
企业导师: 陆祺
指导教师: 何辉
项目成员: 石云志,郑一,邱泰然
项目概述
本项目研究对象为微重力环境下热释电加热面润湿性的自调控特性。微重力环境下,由于气液密度的显著差异,反应堆内两相流动情况受微重力环境影响较大。气泡聚集侧存在易产生沸腾危机的问题,而气泡扩散侧则存在冷却剂换热效率低的问题。本项目期望寻找一种具备温度负反馈的表面润湿性自调控特性的热释电材料,其在温度降低时具备疏水性,促进表面核化以增大换热效率;在温度升高时则具备亲水性,抑制表面核化以提高临界热流密度。本项目通过研究微重力环境下热释电材料加热面润湿性的自调控特性,为微重力环境反应堆内热流系统设计提供一种创新性的方案。
项目目标
(1)设计热电阻衬底,并在衬底上制备热释电涂层
(2)设计、加工池沸腾实验装置
(3)利用X射线衍射法对涂层进行结构分析
(4)开发微重力环境热工实验方法及测量方法
(5)利用扫描电子显微镜进行形貌分析
(6)进行热释电材料浸润性自适应调控特性试验
(7)获得热释电材料浸润性自适应近壁面沸腾传热特性
(8)利用化学方法获得失重环境热释电浸润性自调控特性
项目成果
本项目成功在金属钛衬底上制备了微米厚度的高致密热释电涂层,并完成了对热释电涂层晶体的结构分析、涂层表面与断面围观形貌分析,得到了温度变化与表面自由基产生量的关系曲线;成功设计并搭建了池沸腾试验台架,并在稳态下获得了热释电涂层对沸腾传热增强的定量关系,非稳态下获得了热释电材料基于温度负反馈的浸润性自适应变化效应的定量关系,评估了各影响因素对实验结果的影响,总结出了热释电材料表面浸润性温敏自适应调节的定量关系;成功设计并装配了微重力环境的模拟装置,探究了热释电材料在变温及微重力环境下的浸润性改变的机理,并利用化学方法对微重力环境下热释电材料的浸润性进行了分析。