楊曉龍 唐 煜 朱 荻

南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，南京，210016

0 引言

沸騰傳熱可充分利用冷卻液潛熱在較小過(guò)熱條件下傳遞極大熱量[1-2]，其傳熱系數(shù)比液體對(duì)流的傳熱系數(shù)大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因此在發(fā)電[3-4]、海水淡化[5-7]、供熱及散熱[8]等研究領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價(jià)值。

沸騰是包含蒸汽成核、氣泡生長(zhǎng)、脫離和沸騰區(qū)重潤(rùn)濕的連續(xù)物理過(guò)程。目前，沸騰傳熱的形式有池沸騰[1，2，4，9-14]、微流道沸騰[15-18]和(毛細(xì)供液)薄膜沸騰等[6，19-27]。其中，池沸騰是指高于飽和溫度的熱壁面浸入靜止液體中的沸騰過(guò)程，池沸騰壁面產(chǎn)生的氣泡脫離阻力大，氣泡尺寸大于熱邊界層厚度，因此傳熱臨界熱通量較低(小于250 W/cm2)[25]。微流道沸騰的液體在流動(dòng)時(shí)被加熱沸騰，流動(dòng)液體的擾動(dòng)可促進(jìn)壁面氣泡脫離，傳熱效率高，但微流道沸騰需外部動(dòng)力供液，液體壓降和沸騰傳熱效率難以均衡[28-30]。薄膜沸騰將納米多孔膜作為熱表面，液體流過(guò)膜上納米孔后在表面張力作用下形成薄層液膜并被加熱沸騰，薄膜沸騰的液膜厚度小于熱邊界層厚度，當(dāng)氣泡直徑生長(zhǎng)至液膜厚度時(shí)，氣泡即與外圍蒸汽接觸后脫離壁面，因此氣泡尺寸始終被限制在熱邊界層內(nèi)，傳熱效率高[25]，并且這種沿多孔膜厚度方向、自下而上的液體傳輸形式的流程短，使得供液阻力小，但納米多孔膜易阻塞，從而影響其使用壽命。而近年提出的毛細(xì)供液薄膜沸騰是利用吸液芯結(jié)構(gòu)的毛細(xì)力將液體傳輸至熱端形成液膜并實(shí)現(xiàn)沸騰傳熱，可在10 ℃的過(guò)熱度下實(shí)現(xiàn)大于1 kW/cm2的臨界熱通量[19，25]，且無(wú)需外部動(dòng)力供液，因此是微電子和燃料電池等高熱流密度裝備的理想熱管理技術(shù)[3，31]。毛細(xì)供液薄膜沸騰的關(guān)鍵是沸騰極限和毛細(xì)極限，其中，沸騰極限與表面熱阻(吸液芯厚度)、有效成核位點(diǎn)密度、氣泡脫離阻力有關(guān)，毛細(xì)極限由拉普拉斯壓力和液體黏滯阻力決定[19]，而上述五個(gè)因素均可通過(guò)界面潤(rùn)濕性調(diào)控和拓?fù)湓O(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化[4]。WEN等[23]利用堿性氧化和化學(xué)刻蝕在銅網(wǎng)表面加工出致密微坑結(jié)構(gòu)，以提高表面潤(rùn)濕性和毛細(xì)極限，并借助微坑提供成核位點(diǎn)，以提高沸騰極限。ZHANG等[19]采用模板法加工出銅反蛋白石多孔結(jié)構(gòu)，并通過(guò)增大孔間連接通道直徑來(lái)減小液體黏滯阻力和氣泡脫離阻力，進(jìn)而提高毛細(xì)極限和沸騰極限。

綜上可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)外研究人員已提出多種方法來(lái)強(qiáng)化毛細(xì)供液薄膜沸騰傳熱。然而，在長(zhǎng)距離(供液距離大于10 mm)毛細(xì)供液時(shí)，毛細(xì)極限遠(yuǎn)低于沸騰極限，嚴(yán)重制約了傳熱性能的提高[19]。本文通過(guò)納秒脈沖激光加工的熔凝和相爆炸效應(yīng)在金屬表面直接加工出具有微顆粒結(jié)構(gòu)的亞毫米平行和正交微溝槽陣列，在極小表面熱阻(厚度)下提高毛細(xì)極限。此外，受紅瓶子草絨毛跨尺度分層微溝槽結(jié)構(gòu)啟發(fā)，在亞毫米溝槽底部加工次級(jí)微溝槽可大幅增大毛細(xì)壓力、減小滑移阻力，進(jìn)一步提高毛細(xì)極限，實(shí)現(xiàn)毛細(xì)供液沸騰傳熱強(qiáng)化，為高性能相變散熱器件的設(shè)計(jì)和制造提供科學(xué)基礎(chǔ)。

鈦材具有高強(qiáng)度、低密度等優(yōu)點(diǎn)，選取鈦?zhàn)鳛榛目芍圃斐鲚p質(zhì)、超薄、高強(qiáng)度沸騰傳熱散熱器。鈦材可在保證散熱器強(qiáng)度條件下獲得更大的內(nèi)腔空間來(lái)提高相變傳熱能力，因此本文將鈦?zhàn)鳛榛倪M(jìn)行溝槽加工和毛細(xì)傳輸實(shí)驗(yàn)研究。

1 微溝槽激光加工與毛細(xì)傳輸分析實(shí)驗(yàn)

1.1 跨尺度超親液分層微溝槽加工

采用紫外納秒脈沖激光加工系統(tǒng)(波長(zhǎng)355 nm，重復(fù)頻率100 kHz，脈寬30 ns，束腰直徑約20 μm)在尺寸(長(zhǎng)×寬×高)分別為60 mm×30 mm×0.2 mm、60 mm×60 mm×0.2 mm的TA1純鈦表面加工超親液結(jié)構(gòu)。其中，主溝槽激光掃描路徑為交叉填充，填充間距為5 μm。不同的激光加工能量密度通過(guò)調(diào)節(jié)平均輸出功率獲得。平行微溝槽陣列的溝槽寬度和間距由掃描路徑設(shè)計(jì)確定，寬度和間距的設(shè)計(jì)數(shù)值相等，依次為100 μm、200 μm、300 μm、400 μm，表面加工范圍(長(zhǎng)×寬)為10 mm×30 mm。正交微溝槽陣列的溝槽設(shè)計(jì)數(shù)值與平行微溝槽陣列的設(shè)置相同，表面加工范圍(長(zhǎng)×寬)為50 mm×50 mm。溝槽深度由加工次數(shù)控制。

采用平行線填充掃描路徑對(duì)溝槽底部進(jìn)行二次燒蝕，并加工出微米次級(jí)微溝槽，獲得仿紅瓶子草絨毛結(jié)構(gòu)的跨尺度超親液分層微溝槽陣列；通過(guò)控制激光掃描間距、掃描速度和掃描次數(shù)來(lái)控制次級(jí)微溝槽的形貌、間距和深度。

1.2 形貌與毛細(xì)表征

紅瓶子草照片由配備微距鏡頭(60 mm F2.8 MACRO 2∶1；25 mm 2.8 ULTRA MACRO 2.5-5.0×)的單反相機(jī)(700d，Canon)拍攝。所加工結(jié)構(gòu)的微觀形貌利用掃描電鏡(SEM，S-4800，HITACHI)表征，光學(xué)輪廓由光學(xué)顯微鏡(STM7-SFA，OLYMPUS)測(cè)量。將加工表面裝夾在XYZ三軸定位平臺(tái)的Z軸上，在向下浸入液面瞬間用具有高速攝像功能的數(shù)碼相機(jī)(每秒傳輸幀數(shù)1000，RX100M5，Sony)和高速圖像存儲(chǔ)系統(tǒng)(每秒傳輸幀數(shù)1000，Acuteye V4.0)記錄抗重力垂直毛細(xì)傳輸過(guò)程[23]。將加工表面水平放置，10 μL水滴從20 mm高度處滴落至表面中心，在與表面接觸瞬間用數(shù)碼相機(jī)記錄水平毛細(xì)傳輸過(guò)程[32]，納秒脈沖激光平均輸出功率由激光功率計(jì)(Pronto 225，Gentec-EO)測(cè)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 拓?fù)湓O(shè)計(jì)

提高毛細(xì)極限，實(shí)現(xiàn)冷卻液快速、長(zhǎng)距離傳輸是實(shí)現(xiàn)薄膜沸騰傳熱強(qiáng)化的關(guān)鍵。采用傳統(tǒng)吸液芯結(jié)構(gòu)(如網(wǎng)狀和多孔燒結(jié)結(jié)構(gòu))已難以滿足毛細(xì)極限提升需求。生物結(jié)構(gòu)經(jīng)數(shù)萬(wàn)年進(jìn)化，能夠適應(yīng)惡劣生存環(huán)境。例如，生活在沼澤地帶的紅瓶子草的開(kāi)口緣背部生長(zhǎng)有“瓶蓋”(圖1a)，瓶蓋表面布滿絨毛結(jié)構(gòu)(圖1b)，該絨毛可捕獲露水、凝結(jié)環(huán)境霧氣，形成水滴后快速傳輸至開(kāi)口緣并形成超滑液膜，從而捕獲和消化昆蟲(chóng)。紅瓶子草絨毛預(yù)潤(rùn)濕后，液體傳輸速度可達(dá)11.7±0.7 mm/s，是仙人掌刺結(jié)構(gòu)液體傳輸速度的20倍[33-34]。紅瓶子草絨毛的超快液體傳輸?shù)靡嬗谄浔砻妾?dú)特的分層微溝槽組織(圖1c)。液體接觸絨毛后在次級(jí)微溝槽表面形成前驅(qū)液膜，主溝槽內(nèi)的液體與前驅(qū)液膜表面之間黏滯阻力小，故可實(shí)現(xiàn)超快速滑動(dòng)。受紅瓶子草絨毛表面結(jié)構(gòu)啟發(fā)，本文提出采用納秒脈沖激光在金屬表面加工出具有次級(jí)微溝槽的跨尺度超親液分層微溝槽陣列，并利用納秒脈沖激光的熔凝和相爆炸效應(yīng)在表面構(gòu)建微顆粒結(jié)構(gòu)，可提高表面潤(rùn)濕性、增加沸騰成核位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)毛細(xì)供液薄膜沸騰強(qiáng)化(圖1d)。

(a) 紅瓶子草照片 (b) 紅瓶子草絨毛照片

(c) 紅瓶子草絨毛微觀形貌 (d) 超親液分層微溝槽陣列強(qiáng)化毛細(xì)供液薄膜沸騰過(guò)程圖1 仿生拓?fù)涑H液結(jié)構(gòu)及其強(qiáng)化毛細(xì)供液薄膜沸騰傳熱過(guò)程Fig.1 Biomimetic topological superhydrophilic structure and its enhancement of capillary-fed film boiling heat transfer

2.2 納秒脈沖激光加工表面形貌

納秒脈沖激光加工材料過(guò)程所包含的物理效應(yīng)主要有熔凝、蒸發(fā)/沸騰和相爆炸(圖2a)[35]。當(dāng)足夠能量密度的脈沖激光作用于材料時(shí)，材料被迅速加熱，溫度依次達(dá)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)以及0.9倍的材料臨界溫度[36]，由于激光能量密度過(guò)大，熱量沉積時(shí)間過(guò)短(小于100 ns)，導(dǎo)致材料表面氣壓未能建立平衡，材料來(lái)不及沸騰并處于過(guò)熱狀態(tài)，僅當(dāng)內(nèi)部氣泡生長(zhǎng)至一定尺寸和數(shù)量時(shí)才會(huì)產(chǎn)生劇烈的相變爆炸，并且爆炸區(qū)會(huì)產(chǎn)生蒸汽、液態(tài)/固態(tài)微納米顆粒的混合物[36]。脈沖激光能量為高斯分布，則在光束(x，y)坐標(biāo)處的激光能量密度I(x，y)可表示為[37]

(1)

其中，xc、yc為光斑中心點(diǎn)坐標(biāo)；ω0為激光束腰半徑，取ω0為10.0 μm；I0為脈沖激光的峰值能量密度，可表示為

(2)

其中，Ep為單脈沖激光能量，Pa為脈沖激光平均輸出功率，f為激光重復(fù)頻率。根據(jù)式(2)可計(jì)算出本文采用的脈沖激光加工峰值能量密度約為12.1 J/cm2。對(duì)于鈦材，當(dāng)脈沖激光能量密度大于8.0 J/cm2時(shí)即會(huì)產(chǎn)生相爆炸[37]，所以能量呈高斯分布的納秒脈沖激光作用在材料時(shí)，激光束腰區(qū)域由內(nèi)到外將同時(shí)產(chǎn)生相爆炸、蒸發(fā)、熔凝過(guò)程(圖2b，圖中Emax為單脈沖激光能量峰值，e為自然常數(shù))。相爆炸誘發(fā)沖擊波及激光光斑能量高斯分布產(chǎn)生的溫度梯度推動(dòng)熔融態(tài)金屬流動(dòng)，向溝槽邊緣堆積，形成邊緣凸起的沉積區(qū)(圖2c和圖2d)，并在表面形成微米級(jí)波浪形貌(圖2d)。該形貌可提高表面超親液性，進(jìn)一步提高表面毛細(xì)極限和毛細(xì)供液沸騰傳熱性能。

利用納米脈沖激光相爆炸、熔凝和蒸發(fā)效應(yīng)，并結(jié)合光束線性掃描運(yùn)動(dòng)，可在金屬表面加工出微溝槽。當(dāng)溝槽寬度為100 μm時(shí)，所加工的微溝槽截面輪廓形狀與高斯分布曲線類(lèi)似，呈V形(圖2e)；當(dāng)溝槽寬度為400 μm時(shí)，部分熔凝材料堆積在底部，形成截面為倒梯形微溝槽(圖2f)。此外，不同的激光能量密度會(huì)產(chǎn)生不同程度的相爆炸、蒸發(fā)和熔凝效應(yīng)。相爆炸物理作用機(jī)制復(fù)雜，影響因素多，加工過(guò)程中與氣化、熔凝作用相互耦合(中部高能量密度區(qū)為相爆炸效應(yīng)，外部低能量密度區(qū)為蒸發(fā)和熔凝效應(yīng))，形成具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的激光加工形貌特征。

如圖3所示，為減小激光掃描路徑對(duì)加工結(jié)果的影響，將激光光斑在x、y方向上的間隔均設(shè)為5 μm(激光束腰直徑為20 μm)，使加工區(qū)重疊以均勻地去除材料。采用不同激光能量密度加工的微溝槽微觀形貌如圖4所示。當(dāng)激光能量密度為6.1 J/cm2時(shí)，相爆炸僅集中在激光光斑中部，相爆炸產(chǎn)生的微小沖擊波結(jié)合激光能量高斯分布產(chǎn)生的溫度梯度驅(qū)動(dòng)熔融態(tài)金屬流動(dòng)，并形成波浪形微觀形貌(圖4a)[37]。當(dāng)激光能量密度增大至12.3 J/cm2時(shí)，相爆炸效應(yīng)占比提高，相爆炸會(huì)濺射出液態(tài)金屬顆粒，并重凝形成直徑為0.5～3.0 μm的微顆粒結(jié)構(gòu)(圖4b)。當(dāng)激光能量密度為22.3 J/cm2時(shí)，相爆炸效應(yīng)更加顯著，表面會(huì)產(chǎn)生大量由相爆炸濺射液態(tài)金屬重凝形成的微顆粒結(jié)構(gòu)(圖4c)。繼續(xù)增大激光能量密度至29.7 J/cm2時(shí)，相爆炸重凝微顆粒的數(shù)量沒(méi)有顯著增加(圖4d)。

圖3 納秒脈沖激光掃描路徑示意圖Fig.3 Schematic of the scanning path for the nanosecond pulsed laser

(a) 能量密度為6.1 J/cm2 (b) 能量密度為12.3 J/cm2

由上述分析可知，低激光能量密度(6.1 J/cm2)產(chǎn)生的相爆炸效應(yīng)不顯著，表面材料以蒸發(fā)和重凝效應(yīng)去除為主，材料的去除率低但去除均勻，可以形成較為平整的溝槽輪廓，適合加工主溝槽，加工獲得的溝槽表面形貌為波浪形，主要由激光能量高斯分布產(chǎn)生的溫度梯度驅(qū)動(dòng)熔融態(tài)金屬流動(dòng)所致(圖5a)。高激光能量密度(12.3 J/cm2、22.3 J/cm2、29.7 J/cm2)相爆炸效應(yīng)顯著，表面材料通過(guò)相爆炸、蒸發(fā)和重凝效應(yīng)去除，材料的去除率高，但相爆炸產(chǎn)生的沖擊波使材料堆疊形成了大量尺寸為10～100 μm的微凸起和微坑結(jié)構(gòu)(圖5b～圖5d)，且表面布滿相爆炸重凝微顆粒(圖4b～圖4d)。

(a) 能量密度為6.1 J/cm2 (b) 能量密度為12.3 J/cm2

高激光能量密度產(chǎn)生的相爆炸重凝微顆?？商岣弑砻鏉?rùn)濕性，后續(xù)采用高激光能量密度(22.3 J/cm2)在主溝槽底部構(gòu)建次級(jí)微溝槽，以獲得具有次級(jí)微溝槽的仿紅瓶子草絨毛的跨尺度超親液分層微溝槽。加工次級(jí)微溝槽時(shí)，過(guò)低的激光掃描速度(50 mm/s和150 mm/s)會(huì)導(dǎo)致相爆炸區(qū)重疊，形成不規(guī)則次級(jí)微溝槽結(jié)構(gòu)(圖6a和圖6b)。提高激光掃描速度至450 mm/s并掃描加工10次可獲得較好的次級(jí)微溝槽(圖6c)，故本文次級(jí)微溝槽采用該參數(shù)進(jìn)行加工(圖7)。

(a) 掃描速度為50 mm/s

(a) 主溝槽微觀形貌 (b) 分層微溝槽微觀形貌圖7 納秒脈沖激光加工的主溝槽及具有次級(jí)微溝槽的分層微溝槽微觀形貌SEM圖Fig.7 SEM images of single major microgroove and hierarchical microgrooves with minor microgrooves fabricated by nanosecond pulsed laser ablation

2.3 毛細(xì)傳輸特性

長(zhǎng)距離(供液距離大于10 mm)毛細(xì)供液薄膜沸騰的毛細(xì)極限遠(yuǎn)低于沸騰極限，嚴(yán)重制約了傳熱性能的提高，設(shè)計(jì)和加工新型微結(jié)構(gòu)強(qiáng)化毛細(xì)傳輸對(duì)提高沸騰傳熱性能至關(guān)重要[19]。微溝槽沿程毛細(xì)壓力均勻，黏滯阻力小，是理想的毛細(xì)供液結(jié)構(gòu)。如圖8所示，采用正交和平行微溝槽陣列可實(shí)現(xiàn)各向同性和各向異性毛細(xì)傳輸(圖中t為傳輸時(shí)間)。各向同性毛細(xì)傳輸利于大面積散熱面的均勻供液，而各向異性毛細(xì)傳輸可實(shí)現(xiàn)條帶狀散熱面的定向供液。

(a) 100±5 μm寬正交微溝槽液體的各向同性毛細(xì)傳輸

圖9 微溝槽內(nèi)液體及彎月面三維示意圖Fig.9 3D schematic of liquid and meniscus in microgroove

(3)

其中，θA為微溝槽內(nèi)表面的表觀接觸角，w、h分別為微溝槽寬度和微溝槽深度。忽略流體靜水壓力和空氣壓力影響，彎月面產(chǎn)生的拉普拉斯壓力即為微溝槽內(nèi)流體驅(qū)動(dòng)壓力Δplap，可表示為

(4)

敞式微溝槽液體流阻Rf可由液體黏度μ、液體傳輸距離l、微溝槽寬度w、微溝槽深度h和溝槽截面形狀修正系數(shù)η(因溝槽截面不是矩形而引入該修正系數(shù))來(lái)表示，即

(5)

微溝槽內(nèi)流量qm與驅(qū)動(dòng)壓力Δplap、流阻Rf的關(guān)系可表示為

(6)

聯(lián)立式(4)～式(6)可得

(7)

解得

(8)

其中，Y為毛細(xì)傳輸特性系數(shù)，是衡量毛細(xì)傳輸速度的指標(biāo)，Y值越大，毛細(xì)傳輸速度越高，沸騰過(guò)程中工質(zhì)供給越快，臨界熱通量越高。對(duì)于w=100 μm、h=40 μm微溝槽的毛細(xì)傳輸過(guò)程，取水表面張力γ=72.0 mN/m，液體黏度μ=0.89 mPa·s、溝槽內(nèi)彎月面接觸角θA=53°、溝槽截面形狀修正系數(shù)η=3.55時(shí)，獲得的理論Y值為25.64 mm/s0.5，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性(圖10a)。對(duì)于不同尺寸的微溝槽，其截面形狀和液體填充情況不同，故截面形狀修正系數(shù)η不同，利用式(8)擬合不同尺寸微溝槽陣列毛細(xì)傳輸距離l和時(shí)間方根t0.5的關(guān)系(圖10a和圖10b)，可獲得η和Y值。研究結(jié)果表明，隨微溝槽寬度減小，毛細(xì)傳輸特性系數(shù)Y增大，液體毛細(xì)傳輸能力顯著提高；由于正交微溝槽液體傳輸時(shí)同時(shí)受到流阻Rf和正交溝槽輪廓阻隔，故正交微溝槽陣列Y值小于平行微溝槽陣列Y值(圖10a和圖10b)。

(a) 平行微溝槽陣列(b) 正交微溝槽陣列圖10 微溝槽陣列水平毛細(xì)傳輸特性(溝槽深度為40±2 μm)Fig.10 Horizontal capillary liquid transport characteristics of microgroove arrays(depth of grooves is as 40±2 μm)

納秒脈沖激光加工過(guò)程相爆炸和熔凝效應(yīng)產(chǎn)生的微顆粒結(jié)構(gòu)顯著提高了加工表面的超親液性，超親液表面聯(lián)合敞式微溝槽拓?fù)湓O(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)超快毛細(xì)傳輸，其傳輸速度明顯高于傳統(tǒng)的網(wǎng)狀和粉末燒結(jié)結(jié)構(gòu)的傳輸速度(圖11)[23，32，39-40]。拉普拉斯驅(qū)動(dòng)壓力在微尺度下可忽略重力影響，實(shí)現(xiàn)大于20 mm距離的抗重力垂直毛細(xì)傳輸。如圖12所示，在微溝槽底部加工出次級(jí)微溝槽，獲得仿紅瓶子草絨毛結(jié)構(gòu)的跨尺度超親液分層微溝槽，可進(jìn)一步提高材料表面的毛細(xì)傳輸能力。具有寬30 μm、深20 μm次級(jí)微溝槽的仿紅瓶子草絨毛跨尺度超親液分層微溝槽的毛細(xì)傳輸特性系數(shù)Y比無(wú)次級(jí)微溝槽結(jié)構(gòu)的毛細(xì)傳輸特性系數(shù)Y增大了約15%(圖12a)。高速圖像顯示在毛細(xì)傳輸初始階段，仿紅瓶子草絨毛的跨尺度超親液分層微溝槽呈獨(dú)特的分層毛細(xì)傳輸模式(圖12b)，傳輸時(shí)間為2.5 s時(shí)爬升高度為26 mm(圖12c)，比無(wú)次級(jí)微溝槽結(jié)構(gòu)的爬升高度提高了18%(圖12d)。

圖11 本文與不同文獻(xiàn)報(bào)道的毛細(xì)傳輸特性系數(shù)Fig.11 Capillary liquid transport characteristic coefficients reported in different literatures

3 結(jié)論

(1)表面液體毛細(xì)傳輸能力決定核態(tài)沸騰區(qū)工質(zhì)供給是否充分，是影響表面沸騰傳熱性能極限的重要因素。傳統(tǒng)吸液芯結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)距離(大于10 mm)供液時(shí)，毛細(xì)極限遠(yuǎn)低于沸騰極限，嚴(yán)重制約了傳熱性能的提高。納秒脈沖激光加工的相爆炸和熔凝效應(yīng)可在加工表面形成微顆粒超親液結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)聯(lián)合敞式微溝槽拓?fù)湓O(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)超快毛細(xì)傳輸。

(2)基于哈根-泊肅葉管內(nèi)流體模型的Washburn方程不適用于敞式微溝槽液體毛細(xì)傳輸特性表征。結(jié)合液體拉普拉斯壓力和敞式微溝槽流阻模型修正Washburn方程，可獲得應(yīng)用于敞式微溝槽的毛細(xì)傳輸特性方程。

(3)拉普拉斯壓力在微尺度下可忽略重力影響，實(shí)現(xiàn)抗重力(垂直)毛細(xì)傳輸。此外，在微溝槽底部加工出次級(jí)微溝槽，獲得仿紅瓶子草絨毛結(jié)構(gòu)的跨尺度超親液分層微溝槽陣列，可提高表面毛細(xì)傳輸能力，并進(jìn)一步提高表面沸騰傳熱極限。