随着科技水平的快速提高,各种高科技领域的仪器逐步向微型化、紧凑化和高功率方向发展。沸腾换热具有传热量高、结构简单、造价低等优点,是解决高热流密度散热的一种有效途径。而由于沸腾过程的复杂性,沸腾换热的机理还未完全解释清楚。本课题是从微观角度探究核态池沸腾换热的特性及机理。实验采用了微型96加热片阵列,通过独立的控制电路,加热各个独立的加热片(0.1 mm×0.1 mm),使其维持在恒定温度上。利用高速摄像技术分别从汽泡的底部和侧面对汽泡生长进行可视化观测,并用高速数据采集系统同步记录底面热流密度。实验首先单独加热每个独立的区域,产生单个汽泡,结果显示汽泡在生长期间热流密度很低,而脱离瞬间底部产生很大的热流密度峰值。随着过冷度的增大,汽泡脱离频率变小。饱和沸腾中,汽泡生长过程的热量部分来自于过热液层,部分来自于微液层蒸发。通过加热两个相隔一定距离的加热片区域,产生汽泡合并。汽泡合并伴随着汽泡的变形、滑移,显著增加了沸腾换热的热流密度和汽泡脱离频率。同一时刻汽泡底部不同位置的热流密度分布有明显不同。瞬态导热导致了汽泡脱离、合并过程中出现的高热流密度峰值。实验还探究了核化点间距和分布及液体过冷度对汽泡合并和传热的影响。核化点间距和分布对汽泡合并的类型、汽泡脱离直径、脱离频率及底部热流密度分布有很大影响。核化点间距过小时,生成单汽泡。间距适中时,产生顺序合并现象。间距过大时,合并形式是水平合并。三核化点工况换热效果优于双核化点换热效果。过冷度直接影响汽泡合并形式,在饱和工况下,两个汽泡生长速度非常快,很快合并;在过冷度为21oC时,汽泡合并形式是顺序合并;在过冷度为13oC时,合并后的汽泡经历了较长时间的形变,因此增强了换热。本文针对三种传热机理建立了三种理论模型,分析对传热的影响。理论分析的结果表明,瞬态导热机理较好地预测了实验中测量的高热流密度值。而对汽泡合并过程的三维模拟结果显示液体润湿是导致合并汽泡边缘加热片热流密度高的主要原因。