自从核沸腾中泡底液体蒸发微层揭示以来，对核沸腾传输机理又有新的认识。在气泡生长中，尤其是壁面上近半球形气泡生长中，泡底液体微层的蒸发起着重要的作用。在各种机械加工强化表面、多孔表面中，尤其是有内扩展凹腔和内沟槽的结构表面中（如Gewa-T表面），泡底液体微层蒸发起着重要甚至支配性的作用。因为泡底蒸发液体微层厚度很薄，大约为10-6m数量级，因此此层的热阻很小。如果采取措施适当增大微层液膜的面积和延长液体微层蒸发的时间，便可以使沸腾传热强化。

1.采用粗糙表面

采用粗糙表面是最简单的强化池沸腾换热的方法。粗糙表面可使汽化核心数目大大增加，因此和光滑表面相比其沸腾换热强度可以显著提高。最简单的制造粗糙表面的办法是用砂纸打磨表面或者采用喷砂工艺，也可在表面上加工出粗糙槽纹。

实验表明，低热流密度时，增加表面的粗糙度强化效果显著；而在高热流密度时，粗糙度增加对换热的强化作用相对减弱。许多研究证明，壁面粗糙度增加到一定程度后，继续增大粗糙度也不能使换热系数再增加，亦即不再对传热起强化作用。

采用粗糙表面强化池沸腾换热时，需注意两个问题：一是长时间沸腾后，起初增加的汽化核心可能由于种种原因而失去活性，因此壁面粗糙度增加所得的强化效果有可能逐渐消失；二是增加粗糙度并不能提高沸腾的临界热流密度。

2.对表面进行特殊处理

工程上为增强沸腾换热，应用最多的还是对表面进行特殊处理。特殊处理的目的是使表面形成许多理想的内凹腔（见图2-15），这些理想的内凹腔在低过热度时就会形成稳定的汽化核心；且内凹腔的颈口半径越大，形成气泡所需的过热度就越低。因此这些特殊处理过的表面能在低过热度时形成大量的气泡，从而大大地强化泡状沸腾过程。实验证明，表面多孔管的沸腾换热系数可提高2～10倍。此外临界热负荷也相应得到提高。在相同热负荷下特殊处理过的表面的传热温差也比普通表面低得多。经过特殊处理的表面通常又称为沸腾强化表面。

沸腾强化表面有两类：一类是内凹腔彼此未连通的表面；另一类是内凹腔彼此连通的表而。通常彼此孤立未连通的内凹腔表面，强化效果并不太好，且易受沸腾液体杂质沉积的影响。内凹腔彼此连通的多孔表面，聚汽能力强，强化效果好；且由于气液两相在多孔层内强烈循环流动，避免了工质中的杂质在孔内的沉积，从而能保持长期稳定的良好传热效果。

图2-15　理想内凹腔

对于内凹腔彼此连通的多孔表面其强化传热的机理，可用图2-16的假想模型加以说明。这种多孔层把通道（内池）与外池分隔开，假设沸腾过程中通道内几乎都充满了蒸汽，但在蒸汽与壁面之间仍然始终存在一层振动液膜。随着热流的增大，液膜厚度减薄，活性孔数随之增多。

当多孔表面上（外池）的气泡长大时，通道内的压力下降，液膜的厚度则增加，因而需要有一部分液体由外池经非活性孔吸入补充。这个过程一直持续到气泡的脱离。此时通道内的压力达到最低点，液膜的厚度则达到最大值。气泡脱离后，由于液膜蒸发，通道内压力增大，这时通道内一部分液体经非活性孔排至外池，使通道内液膜减薄。这两个过程反复进行，使外部液体与通道之间存在明显的液体循环流动，使通道内的液膜形成一种“脉动”现象。其循环频率与气泡形成的频率相同。

图2-16　内凹腔彼此连通的多孔表面

1—通道（内池）；2—外池；3—连通孔（非活性孔）

多孔层内液体的强烈循环流动，不仅使这种强化表面具有良好的抗堵塞能力，也是沸腾换热得以强化的一个重要原因。液体循环对流换热与换热强度很高的微膜蒸发以及液膜的振动等机理相结合，使这种多孔表面的换热强度达到很高的数值。

内凹腔连通的表面又可区分为两种：一种连接通道是规则的，如各种机械加工表面；另一种连接通道是不规则的，如烧结表面。

强化表面的加工方法很多，如机械加工法、火焰喷涂法、电镀法、激光打眼法和电化学腐蚀法等。除机械加工法外，其他方法加工的表面其内凹腔的连接通道都是不规则的，它们实际上是在换热表面加了一层多孔覆盖物。这种带覆盖层的表面多孔管又可分为带金属覆盖层和非金属覆盖层两种。目前工业上应用的均为带金属覆盖层的表面多孔管。下面分别讨论各种表面多孔管的强化传热。

1）带金属覆盖层的表面多孔管(www.daowen.com)

20世纪60年代末在美国首先出现用烧结法制成的带金属覆盖层的表面多孔管。除了烧结法外，还可采用火焰喷涂法、电镀法等。一般来说，烧结法的效果最好。作为覆盖层的材料有铜、铝、钢、不锈钢等。用烧结法制成的多孔管已在工业部门获得广泛的应用。这种多孔管一般可使沸腾换热系数提高4～10倍，从而推迟膜态沸腾的发生。对于池沸腾，其临界热流密度可比光管提高1.8倍。

带金属覆盖层的表面多孔管，由于管内外均可涂上覆盖层，能显著提高池沸腾的换热系数，因此在工业上得到了广泛的应用。但它也存在一些缺点，例如：加工工艺复杂，成本较高；多孔层的孔不易均匀；不易加工成大尺寸；复制性差等。

2）机械加工的表面多孔管

用机械加工方法可使换热表面形成整齐的凹沟槽（见图2-17）。这种机械加工的表面多孔管亦能大大强化沸腾换热过程和提高临界热负荷值。对形状和尺寸不同的凹沟槽，沸腾换热系数可提高2～10倍。采用机械加工的方法制造的表面多孔管具有易于加工、尺寸均匀、成本较低且多孔层也不易阻塞等优点。

图2-17　机械加工的表面多孔管的示意图

机械加工的表面多孔管形式繁多，表面加工通道的宽度、高度、节距，通道上方小孔的形状等几何结构对沸腾换热均有影响。实验证明，根据热流密度和沸腾液体的不同，机械加工的表面多孔管可使沸腾换热系数比光管提高2～10倍。

3.采用扩展表面

池沸腾时通常采用的扩展表面是外肋管。用外肋管代替光管可以增加沸腾换热系数。首先，肋管与光管相比除具有较大的换热面积外，还可以增加汽化核心；其次，肋片和管子连接处受到液体润湿作用较差，是良好的吸附气体的场所；最后，肋片与肋片之间的空间里的液体三面受热，易于过热。以上这些因素都促进了气泡的生长，一般换热系数可提高10％左右。

值得注意的是，外肋管的肋片间距不能太小，肋间距太小会导致蒸汽不易从肋间排出，反而引起传热恶化。

4.采用添加剂

在液体中加入气体或另一种适当的液体，亦可强化沸腾换热。例如在水中加入合适的添加剂（如各类聚合物），有时可使沸腾换热系数提高40％。值得注意的是，如液体和添加剂配合不当，反而会使换热系数降低。

在液体中加入固体颗粒，当颗粒层的高度恰当时亦可强化沸腾换热，有时沸腾换热系数甚至可以比无颗粒层时高2～3倍。

加添加剂后沸腾强化的机理目前还不是很清楚。测定表明，水中加入微量添加剂后，其黏度并未发生明显变化，但表面张力有不同程度的下降。对于有机工质，加入添加剂后黏度和表面张力均无明显的变化。实验还证实，水中加入添加剂后，气泡脱离的频率增加，脱离直径减小。因此加入添加剂后，沸腾得以强化的主要原因还是汽化核心数增加。

实验表明，对光表面有强化作用的添加剂，对采用表面多孔管的强化表面仍有作用，添加剂可使沸腾换热系数进一步提高1～2倍。

采用添加剂来强化沸腾换热的方法在工业应用中遇到的障碍是使用寿命太短。因此寻求稳定可靠的添加剂仍是此法面临的主要问题。正因为如此，此法目前只能用于某些特殊的场合。