Al2O3微納米流體對向下加熱面沸騰傳熱的影響

周 喆，謝懷恩，繆惠芳，高 遠(yuǎn)，張智博

(廈門大學(xué)能源學(xué)院，福建 廈門 361102)

核電站的安全問題一直是公眾關(guān)注的重點(diǎn).在我國最為常見的堆型是壓水式反應(yīng)堆，它設(shè)置了3道安全保護(hù)屏障[1]，但在涉及超出設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故[2]的極端情況下，很可能會發(fā)生燃料芯塊的破裂和包殼的熔化，堆芯熔融物會在重力的作用下向下移動到反應(yīng)堆壓力容器(reactor pressure vessel,RPV)的下封頭處.如果無法獲得及時(shí)充分的冷卻，在RPV底部的熔融物可能會導(dǎo)致RPV融穿，存在放射性物質(zhì)外泄的風(fēng)險(xiǎn).為應(yīng)對該風(fēng)險(xiǎn)，AP1000和CAP1400等先進(jìn)核電廠采用反應(yīng)堆壓力容器外部冷卻以實(shí)現(xiàn)堆內(nèi)熔融物滯留(in-vessel retention through external reactor pressure vessel cooling, IVR-ERVC)的策略[3]，即通過RPV外表面向下沸騰傳熱將熔融物中的衰變熱移除.

近年來，隨著核電機(jī)組的裝機(jī)容量不斷增大，IVR-ERVC策略面臨著安全裕度不足的問題.IVR-ERVC策略成功的關(guān)鍵在很大程度上取決于沸騰危機(jī)，它限制了水在壓力容器外表面向下沸騰時(shí)散熱的速率，而沸騰危機(jī)附近的最大傳熱速率為臨界熱流密度(critical heat flux, CHF)，因此提升CHF可以有效提升IVR-ERVC策略的安全裕度.

關(guān)于RPV外壁面的CHF研究，已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)按照核電站的真實(shí)尺寸建立了RPV完整的下封頭模型，例如韓國的SBLB[4]、美國的ULPU[5]和SULTAN[6]實(shí)驗(yàn)臺架.然而，這類實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒贿m用于對沸騰局部現(xiàn)象的觀察、微觀機(jī)理的研究以及加熱表面產(chǎn)生影響的強(qiáng)化傳熱實(shí)驗(yàn)研究，相比之下小型的池沸騰實(shí)驗(yàn)臺架在這幾個(gè)方面的研究中更有優(yōu)勢.很多學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)證明，相比于傳統(tǒng)的冷卻劑水，納米流體對CHF有一定的提升作用[7]，但已有研究主要是針對向上加熱面[8]開展的實(shí)驗(yàn)，并且關(guān)于納米流體對傳熱的影響還存在爭議.例如Shoghl等[9]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明納米顆粒會使得熱傳遞惡化，但納米流體對沸騰傳熱的影響機(jī)理尚不明確.關(guān)于向下加熱面的傳熱強(qiáng)化，部分學(xué)者進(jìn)行了納米涂層、納米流體以及納米顆粒沉積對CHF影響的研究[10]；還有學(xué)者采用噴砂、電鍍、拉絲工藝對加熱表面進(jìn)行處理，研究加工工藝對CHF的影響[11]；也有學(xué)者針對流動沸騰進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，研究冷卻劑含氣率、流速[12]等因素對CHF的影響.各種強(qiáng)化方法都展現(xiàn)出一定的傳熱增強(qiáng)能力，其中納米技術(shù)具有較好的傳熱增強(qiáng)效果，并且經(jīng)濟(jì)性更高.然而，關(guān)于納米流體對向下加熱面沸騰傳熱的影響數(shù)據(jù)和規(guī)律研究還比較少，并且納米流體對沸騰傳熱的影響機(jī)理還尚不明確，需要進(jìn)一步探討.

本研究利用兩種粒徑的Al2O3納米材料，分別制備不同濃度的微納米流體對向下加熱面進(jìn)行池沸騰實(shí)驗(yàn)，在考察Al2O3的質(zhì)量濃度和粒徑對CHF影響的同時(shí)，分析微納米流體對沸騰傳熱的影響機(jī)理，為進(jìn)一步提升IVR-ERVC策略的安全裕度提供數(shù)據(jù)支持.

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本研究搭建了池沸騰可視化實(shí)驗(yàn)臺，如圖1所示，包括長方體加熱設(shè)備及其吊裝裝置、內(nèi)部尺寸為300 mm×300 mm×150 mm的亞克力透明水槽、可以提供功率范圍為0～900 W的直流電箱、由溫度采集設(shè)備和兩臺攝像機(jī)組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).吊裝裝置可根據(jù)需要上下移動加熱設(shè)備，也能改變加熱角度.兩臺攝像機(jī)分別從水槽的底面和側(cè)面進(jìn)行拍攝，能夠完整地記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中加熱表面的氣泡狀態(tài).

圖1 池沸騰實(shí)驗(yàn)臺

本研究所用加熱設(shè)備是在Hsieh等[12]設(shè)計(jì)的加熱設(shè)備的基礎(chǔ)上改進(jìn)的.如圖2所示，加熱設(shè)備內(nèi)部包含3根不銹鋼(SS-304)加熱棒、1個(gè)不銹鋼的梯形體結(jié)構(gòu)、1根K型熱電偶和1個(gè)不銹鋼殼.為了減少熱損失，讓熱量更好地傳遞到加熱表面，將表面與加熱棒之間的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成梯形體結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)部垂直安裝1個(gè)K型熱電偶進(jìn)行溫度測量，熱電偶與實(shí)際加熱表面間的距離為14 mm；3根不銹鋼加熱管固定在梯形結(jié)構(gòu)中，每根加熱棒的額定加熱功率為300 W.一個(gè)尺寸為30 mm×5 mm×1.8 mm的不銹鋼薄板焊接在梯形體結(jié)構(gòu)和不銹鋼蓋之間，不銹鋼蓋的厚度為1.2 mm.梯形體結(jié)構(gòu)與不銹鋼蓋之間的空間填充陶瓷棉，形成保溫層，用于包裹加熱部件，確保大部分熱量通過受熱面?zhèn)鬟f.整個(gè)加熱設(shè)備的外部尺寸為150 mm×150 mm×100 mm.為了觀察氣泡在加熱中心兩側(cè)放置兩片玻璃，在加熱表面設(shè)置1個(gè)T型熱電偶來測量受熱面的溫度，另外在水槽內(nèi)設(shè)置2個(gè)T型熱電偶來測量槽內(nèi)冷卻劑的溫度.

圖2 加熱設(shè)備結(jié)構(gòu)圖(單位：mm)

1.2 微納米流體的制備

本研究所用的Al2O3納米材料購自杭州智鈦凈化科技有限公司，具體的參數(shù)指標(biāo)見表1.將納米顆?；蚍稚⒁悍稚⒌椒礉B透(reverse-osmosis,RO)水中制備質(zhì)量濃度分別為5，8，12 mg/L的微納米流體：首先使用頂置攪拌器以1 500 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30 min，然后用超聲波振動器超聲處理1 h.利用大粒徑納米Al2O3顆粒制備的微納米流體在5 h之內(nèi)穩(wěn)定性較好，觀察不到明顯的納米顆粒沉積現(xiàn)象；利用小粒徑納米Al2O3分散液制備的納米流體的穩(wěn)定性更好，可以穩(wěn)定8 h左右.實(shí)驗(yàn)前后，利用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行波長掃描、檢測微納米流體濃度，確保整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中微納米流體狀態(tài)穩(wěn)定.為觀察納米顆粒的形貌和尺寸，分別對兩種粒子進(jìn)行SEM與TEM表征，結(jié)果見圖3.可以看出：α-Al2O3納米顆粒呈不規(guī)則的球狀，其粒徑約為100 nm，小于供應(yīng)商給出的數(shù)據(jù)，可能是因?yàn)榻?jīng)過超聲處理后較大的顆粒破碎了；Boehmite-Al2O3是片層結(jié)構(gòu)，其尺寸數(shù)據(jù)與供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)相吻合.

表1 Al2O3納米顆粒的參數(shù)指標(biāo)

1.3 實(shí)驗(yàn)流程與數(shù)據(jù)處理

為模擬核電站發(fā)生嚴(yán)重事故后的真實(shí)場景，冷卻劑在室溫25 ℃左右時(shí)即開始實(shí)驗(yàn)，不對冷卻劑進(jìn)行預(yù)熱處理.具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：1)將冷卻劑倒入水槽中并確保每次注入的冷卻劑體積相同；2)調(diào)整加熱設(shè)備吊裝裝置，確保加熱設(shè)備每次的浸沒深度相同，避免壓力對沸點(diǎn)造成影響；3)打開電箱電源并調(diào)至設(shè)定值，同時(shí)開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程；4)當(dāng)觀察到受熱面溫度急劇上升(5～20 ℃/s)，且溫度持續(xù)上升后不下降時(shí)，就認(rèn)為是發(fā)生了沸騰危機(jī)，此時(shí)立即切斷電源，以保護(hù)加熱設(shè)備；5)待加熱設(shè)備冷卻后，對加熱表面進(jìn)行表征.為了排除沉積效應(yīng)對加熱表面的影響，每次實(shí)驗(yàn)前依次用200，400和600目的碳化硅砂紙對其進(jìn)行表面拋光處理，并依次用RO水、丙酮和95%(體積分?jǐn)?shù))乙醇進(jìn)行清洗，然后測量表面粗糙度和水接觸角，確保每次實(shí)驗(yàn)的加熱表面狀況大致相同.

利用傅里葉導(dǎo)熱定律計(jì)算熱流密度：

(1)

式中:q為熱流密度，W/m2；t1為K型熱電偶在加熱器內(nèi)部測得的溫度，℃；tw為T型熱電偶測得的加熱表面溫度，℃；λ為加熱段的導(dǎo)熱系數(shù)，根據(jù)t1和tw的平均溫度查不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)表得到，W/(m·K)；Δx1是兩個(gè)熱電偶間的距離，m.對流傳熱系數(shù)由牛頓冷卻定律計(jì)算得到：

(2)

式中:h為對流傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；tf為水槽內(nèi)2個(gè)T型熱電偶測得的冷卻劑的平均溫度，℃.

實(shí)驗(yàn)誤差包括3個(gè)方面：熱電偶的測量誤差、長度的測量誤差和顯示控制儀表的誤差，實(shí)驗(yàn)各部分的不確定度列于表2.

熱流密度和傳熱系數(shù)的不確定度根據(jù)ASME PTC 19.1—2005標(biāo)準(zhǔn)[13]可分別用式(3)和(4)計(jì)算：

(3)

(4)

式中，Δt是加熱設(shè)備內(nèi)部與加熱表面的溫度差，Rdau為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的不確定性，Δt′是加熱表面與冷卻劑的溫度差.計(jì)算得到熱流密度和傳熱系數(shù)的不確定度分別為1.05%和1.15%.

1.4 實(shí)驗(yàn)可靠性分析

為確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，由同一實(shí)驗(yàn)員依照相同的實(shí)驗(yàn)流程，在相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行5次RO水工況下的池沸騰實(shí)驗(yàn).經(jīng)過計(jì)算5次實(shí)驗(yàn)的CHF值分別為513.2，494.5，511.6，519.2，524.2 kW/m2，平均值為512.5 kW/m2，可以得出5次實(shí)驗(yàn)的相對誤差分別是0.14%，3.51%，0.18%，1.31%和2.28%,均小于4%.因此，可以判斷整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)科學(xué)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)的復(fù)現(xiàn)性較好，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可信度較高.

2 結(jié)果與討論

2.1 向下加熱面的沸騰傳熱現(xiàn)象

如圖4所示，在RO水工況下記錄了整個(gè)沸騰過程中的表面溫度變化曲線和幾個(gè)典型的氣泡形態(tài)，由于氣泡無法脫離表面，整個(gè)沸騰過程與向上加熱有很大的不同.根據(jù)氣泡的形態(tài)將加熱表面與冷卻劑之間的熱交換劃分成自然對流區(qū)、核態(tài)沸騰區(qū)和膜態(tài)沸騰區(qū).

由圖4可以看出:在自然對流區(qū)加熱表面升溫速度較快且沒有波動，此時(shí)的壁面過熱度較小，沒有氣泡生成，屬于自然對流工況.然后，隨著加熱表面過熱度的提高在個(gè)別點(diǎn)上開始產(chǎn)生氣泡，即進(jìn)入核態(tài)沸騰區(qū).氣泡生成的初期彼此互不干涉，稱為孤立氣泡區(qū)，在這個(gè)區(qū)域里表面溫度略有降低并且開始產(chǎn)生小范圍的波動，主要原因是發(fā)生了相變，水的傳熱能力增強(qiáng).緊接著，表面溫度突然快速升高到90 ℃左右，氣泡不斷地長大聚集，表面的氣泡活動變得十分劇烈，氣泡引起的各種擾動使得表面?zhèn)鳠徇M(jìn)一步增強(qiáng)，這使得表面溫度在很長一段時(shí)間都維持在90 ℃左右.

在過冷沸騰的整個(gè)核態(tài)沸騰區(qū)氣泡變化十分復(fù)雜，在核態(tài)沸騰的中期可以觀察到表面的大氣泡突然縮小，這是由于當(dāng)熱蒸汽接觸到冷流體時(shí)會被瞬間液化，這一現(xiàn)象會造成表面溫度的波動.從圖4(A)可以看出，在核態(tài)沸騰區(qū)域內(nèi)溫度的波動隨時(shí)間的延長而不斷加劇，直至氣泡在加熱表面形成蒸汽膜.由于氣泡被表面束縛無法及時(shí)脫離，不同于向上加熱，向下加熱觀察不到明顯的過渡沸騰區(qū)域，核態(tài)沸騰后就直接進(jìn)入膜態(tài)沸騰區(qū).在蒸汽膜剛形成時(shí)，表面溫度升高到108 ℃左右并穩(wěn)定了一段時(shí)間沒有進(jìn)一步升溫.從圖4(c)中可以看出此時(shí)的加熱表面依然有一層薄薄的液膜存在，被冷卻劑液化的濕蒸汽可以繼續(xù)潤濕表面.隨著蒸汽膜不斷增厚，加熱表面的液膜逐漸消失，表面溫度急劇升高，此時(shí)便達(dá)到CHF.

2.2 微納米流體對沸騰過程的影響

高質(zhì)量濃度的微納米流體工況與RO水工況的對比最為明顯，因此以12 mg/L微納米流體工況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為例進(jìn)行分析.圖5是RO水工況與12 mg/L的α-Al2O3微納米流體和Boehmite-Al2O3納米流體工況下沸騰表面氣泡形態(tài)的對比圖，其中圖5(b)由于冷卻劑透明度較差，其靜態(tài)圖片中顯示效果較差，圖中的白線是根據(jù)動態(tài)錄像而確定的紊流大致邊界.從圖5可以看出：納米顆粒的存在造成了更加劇烈的局部紊流，傳熱范圍更廣，進(jìn)而增強(qiáng)沸騰傳熱；同時(shí)，納米顆粒的粒徑越大造成的紊流越劇烈.此外在實(shí)驗(yàn)中觀察到，在微納米流體工況下，加熱表面的蒸汽膜形成的時(shí)間更早.

如圖6所示：RO水工況下表面成膜時(shí)間為480 s左右，CHF發(fā)生在540 s；12 mg/Lα-Al2O3微納米流體工況下，成膜時(shí)間為370 s左右，CHF發(fā)生在607 s；而12 mg/L Boehmite-Al2O3納米流體工況下，成膜時(shí)間為425 s左右，CHF發(fā)生在676 s.微納米流體工況下成膜時(shí)間提前，說明在納米顆粒的影響下，沸騰過程中的氣泡生成率提高了.然而，加熱表面的蒸汽膜并沒有使得傳熱立即惡化.實(shí)驗(yàn)過程中觀察到：在微納米流體工況下蒸汽膜形成的早期階段，蒸汽膜厚度比較薄；而后蒸汽膜緩慢增加至一定厚度時(shí)，熱蒸汽在冷卻劑的作用下重新冷凝呈液滴，蒸汽膜厚度再次變小.

2.3 微納米流體對加熱面的影響

實(shí)驗(yàn)后對加熱表面進(jìn)行水接觸角的測量，加熱表面在RO水工況的實(shí)驗(yàn)前后水接觸角幾乎沒有變化，均為90.4°，如圖7(a)所示.由圖7(b)～(d)可以看出，水接觸角隨α-Al2O3質(zhì)量濃度的升高而增大，說明α-Al2O3納米顆粒在加熱表面沉積形成了一層疏水層，使得加熱表面的浸潤性變差.由圖7(e)～(g)可以看出，水接觸角隨Boehmite-Al2O3質(zhì)量濃度的升高而明顯減小，說明Boehmite-Al2O3納米顆粒在加熱表面沉積形成了一層親水層，使得加熱表面的浸潤性變好.

雖然兩種納米粒子都有很好的親水性，但是由于其粒徑和形貌的差異使得納米粒子在加熱表面的沉積狀況有很大的不同.測量得到的表觀水接觸角會受到很多因素的影響，包括測量表面的平整度和微觀形貌等.在本研究中引起固體表面粗糙度的微結(jié)構(gòu)尺寸為納米數(shù)量級，此時(shí)預(yù)先進(jìn)入到微結(jié)構(gòu)內(nèi)的空氣將不會被液體擠走，而是被液體包圍而滯留在微結(jié)構(gòu)內(nèi)，起到填補(bǔ)微結(jié)構(gòu)空域的作用，從而形成空氣和固體表面相交叉的復(fù)合表面.α-Al2O3納米顆粒的粒徑較大且為球狀，使得粒子間的間隙較大，表面存留的空氣較多，因而使水接觸角增大.

2.4 微納米流體對CHF的影響

如圖8所示，CHF隨微納米流體質(zhì)量濃度的升高而不斷增大.CHF增大有以下幾個(gè)主要原因：1)冷卻劑中的納米顆粒增強(qiáng)了加熱表面周圍的局部紊流，增強(qiáng)了傳熱；2)加熱表面產(chǎn)生的氣泡使得微納米流體局部質(zhì)量濃度升高，使納米顆粒在加熱表面沉積，對加熱表面的汽化核心數(shù)量有一定影響，從圖5可以推測，納米顆粒使得表面的汽化核心數(shù)量增多，在沸騰過程中氣泡生成率不斷提高，促進(jìn)傳熱；3)沉積在表面的納米顆粒影響了加熱表面被冷卻劑潤濕的能力，從而對傳熱產(chǎn)生影響.

當(dāng)使用大粒徑α-Al2O3微納米流體作為冷卻劑時(shí)，隨著其質(zhì)量濃度的升高CHF的增幅逐漸變小，當(dāng)其質(zhì)量濃度從8 mg/L增加到12 mg/L時(shí)，CHF/CHF0的值僅提升了1.3個(gè)百分點(diǎn).發(fā)生這一現(xiàn)象有如下原因：1)由于所用納米顆粒的粒徑較大，隨著其質(zhì)量濃度的升高，顆粒間距越來越小，在做布朗運(yùn)動時(shí)易發(fā)生團(tuán)聚，微納米流體的穩(wěn)定性變差；2)大粒徑α-Al2O3納米顆粒的沉積會使加熱表面的親水性變?nèi)酰焕趥鳠?

當(dāng)使用小粒徑Boehmite-Al2O3納米流體作為冷卻劑時(shí)，CHF呈現(xiàn)出持續(xù)增大的趨勢，并且其對CHF的增幅高于大粒徑α-Al2O3微納米流體.納米流體的質(zhì)量濃度越高，納米顆粒在表面的沉積效果越好，Boehmite-Al2O3納米顆粒形成的親水膜使得加熱表面與水充分接觸，極大地提升了傳熱效果.

圖9是各工況下的q-h關(guān)系曲線，可以看出：除了質(zhì)量濃度為5和8 mg/L的α-Al2O3微納米流體工況外，在同一熱流密度下，其余微納米流體工況下的對流傳熱系數(shù)要高于RO水工況下的對流傳熱系數(shù)，并且對流傳熱系數(shù)在熱流密度較高時(shí)依然持續(xù)升高直至達(dá)到CHF，但CHF增長幅度有減緩的趨勢.當(dāng)熱流密度小于400 kW/m2時(shí)，q-h關(guān)系曲線存在一定的波動，這是由于此時(shí)正處于核態(tài)沸騰階段，氣泡運(yùn)動較為劇烈，并且納米顆粒在表面的沉積有一定的隨機(jī)性.在α-Al2O3微納米流體工況下，同一熱流密度下的對流傳熱系數(shù)隨其質(zhì)量濃度的升高而升高；而在Boehmite-Al2O3納米流體工況下，同一熱流密度下的對流傳熱系數(shù)與納米流體的質(zhì)量濃度沒有太大關(guān)系.微納米流體工況下對流傳熱系數(shù)的升高主要是受流體流動狀態(tài)的影響，在沸騰過程中納米顆粒的存在加劇了加熱表面附近的流體運(yùn)動，進(jìn)而增強(qiáng)傳熱.本研究中觀察到在低質(zhì)量濃度(5和 8 mg/L)的α-Al2O3微納米流體工況下，對流傳熱系數(shù)的增強(qiáng)不明顯甚至略低于RO水工況下.這是受加熱表面Al2O3沉積層的影響，由于Al2O3導(dǎo)熱系數(shù)要低于不銹鋼表面的導(dǎo)熱系數(shù)，所以沉積層不利于傳熱.本研究采用的α-Al2O3顆粒的粒徑較大且有一定的疏水性，在加熱表面形成的沉積層也較厚，當(dāng)質(zhì)量濃度低時(shí)，納米顆粒對流體擾動影響較小，在幾個(gè)因素的共同作用下，此時(shí)的對流傳熱系數(shù)略低于RO水工況下；但隨著質(zhì)量濃度的提升，納米顆粒對流體的流動狀態(tài)影響變大而對沉積層的影響有限，因此對流傳熱系數(shù)也不斷提升.而Boehmite-Al2O3顆粒的粒徑較小，形成的沉積層極薄，其影響幾乎可以忽略不計(jì)，并且小粒徑的納米顆粒對流動狀態(tài)的影響有限，因此對流傳熱系數(shù)隨其質(zhì)量濃度的升高變化不大.

3 結(jié) 論

本研究通過對向下加熱面進(jìn)行池沸騰實(shí)驗(yàn)，分析了α-Al2O3微納米流體和Boehmite-Al2O3納米流體對于沸騰傳熱的影響，得出如下結(jié)論：

1)相較于RO水，α-Al2O3微納米流體和Boehmite-Al2O3納米流體均有較大的CHF，并且在相同質(zhì)量濃度下，Boehmite-Al2O3納米流體對CHF有更好的增強(qiáng)效果；在質(zhì)量濃度為12 mg/L時(shí)測得了最大的CHF，α-Al2O3微納米流體的CHF增加了20.5%，Boehmite-Al2O3納米流體的CHF增加了44.7%.

2)在整個(gè)沸騰過程中，納米顆粒的存在造成了更加劇烈的局部紊流，使得傳熱范圍更廣，并且納米顆粒的粒徑越大造成的紊流越劇烈；同時(shí)，納米顆?？商岣叻序v過程中的氣泡生成率，進(jìn)而增強(qiáng)沸騰傳熱.相較于RO水，在同一熱流密度下，納米流體工況下的沸騰傳熱系數(shù)較高.

3)在池沸騰的過程中，在加熱表面附近由于氣泡的生成，微納米流體會發(fā)生局部濃度驟升的現(xiàn)象，這使得納米顆粒在表面沉積.粒徑較大的α-Al2O3顆粒會在加熱表面形成疏水層，不利于傳熱，因此隨著其質(zhì)量濃度的升高，CHF的增長幅度越來越小；而粒徑較小的Boehmite-Al2O3顆粒則會在加熱表面形成親水層，因此CHF隨其質(zhì)量濃度的升高不斷大幅提升.