中文摘要：

核态沸腾是工业传热中的一种重要传热方式，广泛存在和应用于各领域和工艺中，但其机理、特别是核化沸腾时的微细尺度现象尚未深入研究理解，汽泡成长、运动和之间的相互作用等微细尺度成因及引发现象都会实质性沸腾传热。本项目将着眼于沸腾核化和气泡动力学的相关现象入手，重点放在微细尺度现象和过程特性，利用高速动态成像技术观测气泡成长、运动和相互作用等相关微细尺度现象，利用微型PIV和微型测温技术显示和测量不同表面绕单和多汽泡的微细尺度流动和温度场，通过观察分析提出和建立考虑微细尺度现象和物理机理的模型，描述汽泡动力学过程和现象，深刻认识微细尺度汽泡成长、运和相互作用现象和物理本质，揭示这些动力学过程诱发的微细尺度现象对核沸腾传热的影响。

结论摘要：

核态沸腾作为重要传热方式广泛应用于工业各领域，但其机理、特别是其微尺度现象尚未得到深入研究。本研究结合传统方式和高速摄影技术观测核态沸腾中汽泡生长及动力学特性，同时测量了各种条件下汽泡周围的速度场与温度场。这些观测结果被用于建立理论模型以描述复杂的汽泡动力学特性。实验发现汽泡顶部的高温高速射流从加热面带出大量热且与重力无关。分析表明这些射流是由汽泡界面处表面张力梯度导致的Marangoni流动造成的。汽泡在加热表面的快速运动也是由Marangoni流驱动所致。预测的流体速度与汽泡运动速度和实验测量结果符合得很好。汽泡运动使得表面传热效果显著提高。汽泡动力学包括汽泡跳动、反弹，合并以及汽泡协同运动。汽泡被核化射流推离表面后在Marangoni流作用下被拉回而形成汽泡跳动。运动汽泡遇到静止汽泡反弹是由于静止汽泡形成表面低温区而抵制汽泡接近，使汽泡朝着较热区域运动。在较大过热度和过冷度条件下，汽泡运动加快导致汽泡发生合并而非反弹。这种合并是导致转变为临界热流密度和模态沸腾的第一步。建立了汽泡在加热表面生长的理论模型，该模型与现有简化模型相比能在较大条件范围内更准确地预测汽泡生长过程。