研究背景:

在特高压输电网络快速发展的背景下，变压器容量与电压等级显著提升，绕组、铁芯及油箱金属部件的电磁损耗随之增加，带来更严峻的散热压力。工程上常见的喷淋/降膜蒸发强化方式虽然能利用汽化潜热提升换热，但液膜厚度与覆盖范围往往难以稳定控制，喷淋水量与散热需求匹配存在滞后，容易导致水资源浪费或散热不足。相比之下，多孔薄层的薄膜蒸发具有更稳定的蒸发界面与可调控的传热传质路径，是面向大面积、低热流密度、外部湿空气环境（如变压器片式散热器）的潜在高效方案。金属丝网薄层具备结构可控、导热性好、比表面积大、阻力低等优点，并可通过表面亲水改性与梯度孔结构设计，实现对液体输运与蒸发过程的协同优化。因此，本文通过界面尺度可视化与宏观耦合建模的跨尺度研究方法，刻画并预测湿润金属丝网薄层的润湿—蒸发过程及其散热性能。

研究内容：

本文以铜丝网薄层为对象，首先通过表面微结构的刻蚀与改性构建超薄、亲水的毛细芯结构，使其能够稳定输运液态水并通过蒸发实现散热。在界面尺度，利用高速显微观测首次揭示了丝网润湿过程的“逐级润湿”特征：液桥优先在经纬交叉结点形成，随后沿结点逐个传播；对应的干燥阶段同样受液桥行为主导。研究发现，随着丝网目数增加，润湿速率明显加快，蒸发过程也更为强化。在宏观尺度，建立了耦合传热-传质模型，明确指出非饱和蒸发可分为外部控制的恒速期（约500 s）与内部受限的降速期；通过“下层细孔、上层粗孔”的梯度孔结构并减小层厚，可有效提升非饱和蒸发效率。针对饱和蒸发工况，结果表明蒸发换热系数可稳定维持在30 W·m⁻²·K⁻¹以上；通过保持叠层结构充分饱和可显著降低导热热阻，此时整体换热能力主要受外部气流条件与结构厚度控制。综合界面可视化与宏观数值分析，本文实现了对湿润丝网薄层蒸发过程的系统跨尺度研究，为变压器片式散热器等大面积蒸发散热结构的优化设计提供了指导依据。

进一步地，本文从机理与工程可设计性角度给出了可操作的优化方向：在非饱和蒸发进入降速期后，蒸发界面会向丝网内部推进，内部扩散/传质阻力上升，蒸发速率逐渐降低，因此应通过结构设计增强内部供液与蒸汽外扩散能力；梯度孔结构能够兼顾“下层供液能力”和“上层通气/扩散能力”，并叠加更高效的传热路径，从而提升整体蒸发散热性能。对饱和蒸发而言，保持丝网薄层处于充分饱和可将导热热阻降至更低水平，使系统更接近由外部气流主导的换热状态，便于在工程场景中通过风速/通道结构等外部条件实现可控调节。

论文题目： Cross scale study on the evaporation process of wet metallic wire mesh layer and its heat dissipation performance analysis

论文作者： Zhongtao Bai（白中涛）；Xiaoyu Jia（贾晓宇）；Haoran Zhao（赵浩然）；Jian Yang（杨剑）；Mei Lin*（林梅*）；Qiuwang Wang（王秋旺）

发表期刊：International Journal of Heat and Fluid Flow

                      文章链接：https://authors.elsevier.com/a/1mNht,3FiWj39e