微重力池沸騰傳熱是空間微重力流體物理和熱物理領(lǐng)域的前沿研究方向之一。未來，相關(guān)成果將在先進(jìn)的空間熱管理技術(shù)上具有應(yīng)用價(jià)值。近年來，中國科學(xué)院力學(xué)研究所微重力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員趙建福團(tuán)隊(duì)綜合利用返回式衛(wèi)星長時(shí)間微重力飛行實(shí)驗(yàn)、地基短時(shí)微重力落塔實(shí)驗(yàn)、地面常重力對比實(shí)驗(yàn)、數(shù)值仿真與理論研究等，持續(xù)對池沸騰現(xiàn)象中的氣泡熱動力學(xué)行為特征、傳熱性能及其內(nèi)在機(jī)制開展了系統(tǒng)性的研究。近日，該團(tuán)隊(duì)陸續(xù)發(fā)表了關(guān)于實(shí)踐十號返回式衛(wèi)星沸騰傳熱實(shí)驗(yàn)（SOBER-SJ10）的一系列最新成果，揭示了低熱流條件下池沸騰傳熱性能與氣泡生長過程的基本特征。?

SOBER-SJ10實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用基于MEMS技術(shù)研制的集成微加熱器，在厚度2 mm的石英玻璃基板上集成了Pt薄膜電阻加熱器、單氣泡激發(fā)器、10路Pt薄膜熱電阻局部溫度測點(diǎn)，并在空間微重力環(huán)境實(shí)現(xiàn)了設(shè)定加熱條件下氣泡生成時(shí)間和空間均嚴(yán)格受控的單氣泡池沸騰實(shí)驗(yàn)，觀測了氣泡生長過程中局部傳熱特性與氣泡動力學(xué)行為特征，反演重構(gòu)了氣泡底部加熱面溫度場演化過程、局部干斑變化與生長氣泡表觀接觸角變化等，為進(jìn)一步的理論建模與數(shù)值仿真提供了可靠的比較與驗(yàn)證用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。?

此外，SOBER-SJ10實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還在氣泡激發(fā)器不啟動時(shí)的常規(guī)池沸騰傳熱進(jìn)行了天地對比實(shí)驗(yàn)觀測，并揭示了低熱流密度核態(tài)池沸騰模式下，盡管重力顯著影響著沸騰起始和臨界熱流的發(fā)生，但不同重力條件下核態(tài)池沸騰傳熱曲線近似處于同一趨勢線上，且部分重合部位呈現(xiàn)出明顯的重力無關(guān)特性。上述成果為進(jìn)一步揭示重力對沸騰傳熱性能的影響、構(gòu)建可靠的沸騰傳熱重力作用機(jī)制模型提供了可靠依據(jù)。?

相關(guān)成果經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)據(jù)判讀與深入分析，發(fā)展了基于遺傳算法的瞬態(tài)導(dǎo)熱反問題求解算法和基于雙目視覺原理的生長氣泡三維重構(gòu)算法等，為該團(tuán)隊(duì)目前正在承擔(dān)的中國空間站問天實(shí)驗(yàn)艙變重力沸騰實(shí)驗(yàn)（vgBOILING-CSS）空間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)判讀與處理提供了便捷方法，支撐了vgBOILING-CSS飛行實(shí)驗(yàn)任務(wù)的執(zhí)行。?

相關(guān)研究成果發(fā)表在《國際傳熱傳質(zhì)雜志》（International Journal of Heat and Mass Transfer）和《工程熱物理學(xué)報(bào)》上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金-中國科學(xué)院聯(lián)合基金培育項(xiàng)目、中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中國載人空間站工程科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等的支持。??

論文鏈接

微重力條件下單氣泡生長過程中氣泡半徑、質(zhì)心高度、基底半徑與表觀接觸角的典型變化

微重力條件下單氣泡生長過程中底部加熱面溫度場和熱流場時(shí)間-空間演化過程

常規(guī)池沸騰傳熱性能的天地對比