随着现代科技的不断发展,电子产品的生产及应用越来越广泛。近三十年来,各种电子器件呈现小型化和高度密集化的趋势,由此也产生了许多新的问题,而对于电子元器件的散热更是研究的重要课题。池沸腾换热这种相变换热方式在换热的过程中,表现的更为剧烈,拥有着更高的换热效率,在散热领域有着广阔的应用前景。影响池沸腾换热的因素很多,如换热表面性质和换热材料的结构等,目前大部分研究主要集中在泡沫金属,对粉末烧结多孔金属以及复合多孔金属的关注较少。由于致密的孔隙和较小的孔隙直径可以为池沸腾传热提供足够的气泡成核点,金属纳米颗粒成型多孔铜是近年来出现的一种新型增强沸腾传热的多孔金属材料。本文制备了具有不同厚度和孔隙率的金属纳米颗粒成型梯度多孔铜,以揭示多孔铜厚度和孔隙率对其池沸腾换热的影响。在获得梯度多孔铜的最佳厚度和孔隙率后,在多孔铜表面进一步涂覆铜网,并对铜网进行疏水改性,探究了表面涂覆等对池沸腾换热的影响,进一步通过气泡动力学分析揭示了其强化换热的机理。首先,自行设计搭建了池沸腾实验台,该实验台由加热系统、冷凝换热系统以及数据图像采集系统组成,该实验台实现了加热功率可控和数据实时采集等功能,能较好地完成实验所需步骤。组装完成后,对实验台的可靠性进行了测试,测试表明该实验台误差较小,满足实验要求。通过冷压法结合真空烧结法制备了梯度多孔铜,并对其表面进行了微观表征。表征结果表明,孔隙率越大,多孔铜内越易于形成网络通道结构。通过采用不同的造孔剂直径,可以调控多孔铜内不同层的孔径大小等。合理的梯度孔径分布可以适应气泡生成和上升过程中直径由小到大的生长规律,本实验中选用的的梯度孔经由下到上分别为300、200、150、100目。研究结果表明,当总厚度为2 mm,孔隙率为80%时,梯度多孔铜的池沸腾换热性能最佳,其沸腾起始过热度仅有2.1℃,比光滑铜表面小将近8℃,最小的气泡脱离直径相比于光滑表面减小将近20%,其直径约为2.6 mm,最大气泡脱离频率约为光滑表面的1.3倍,达到了30 Hz。这主要是由于多孔铜的成核位点主要分布在多孔结构内部,在沸腾初始时便可全部被激活,产生气泡带走热量,并且梯度结构有利于气泡的上升以及逸出,减小气泡逃逸阻力。在梯度多孔铜的基础上,进一步在其表面覆盖不同孔径的铜网,并对铜网进行改性和疏水处理等。结果表明,经过改性处理的铜网,由于受到Fe Cl3刻蚀,表面凹凸不平,易于产生大量的成核位点,并在沸腾初期即可被激活从而产生气泡。与未改性表面复合铜网多孔铜相比,表面铜网改性的表面复合铜网多孔铜疏水能力较强,接触角增大了约75°,达到101°。池沸腾实验表明:在高热流密度阶段,表面复合铜网多孔铜的对流换热系数高于梯度多孔铜,并且表面复合100目铜网的表面复合铜网多孔铜在本研究中表现出了最佳的池沸腾换热性能,其对流换热系数可达7.3×10~4 W/m~2·K。铜网有效阻止了气泡合并,减小了气泡的脱离尺寸,加速了气泡的逃逸,从而增大了气泡脱离频率。与没有覆盖铜网的多孔铜相比,表面复合铜网多孔铜的气泡脱离直径减小,气泡脱离频率增大。其中最小的气泡脱离直径减小了将近30%,最大的气泡脱离频率增大了50%,最大频率可达40 Hz。由于铜网表面也存在成核位点,随着热流密度的增大,这些成核位点在后期逐渐被激活产生气泡从而带走更多热量。当表面复合铜网多孔铜的表面为疏水铜网时,其ONB降低了约30%,达到1.6℃。表面复合疏水铜网多孔铜在热流密度q约为8×10~4W/m~2时就开始产生气泡,低于表面复合非疏铜网的多孔铜。得益于疏水铜网的粗糙度较大,其表面大量的成核位点在沸腾刚开始时便能全部被激活,从而实现良好的换热。而到了沸腾后期,由于其表面的疏水性,气泡更易在表面滞留形成气膜,增大了气泡逃逸阻力,因此在换热量较大时,即q＞5×10~5W/m~2时表面复合疏水铜网多孔铜池沸腾性能有所弱化。