리브 구조 표면 비균일 전장 기포 거동 제어

풀 비등은 고열유속 장치에 효과적인 열관리 방식이나, 고열유속 환경에서는 기포 합착으로 증기층이 형성되어 액체 보충을 방해하고 표면 건조 및 비등 위기를 초래한다. 본 연구는 비균일 전장 하에 리브 구조 표면에서 유전체 유체 HFE-7100의 기포 동역학 및 열전달을 수치 시뮬레이션과 유동 가시화 실험으로 분석했다. 정전기, 이상 유동, 상장, 상변화 열전달을 통합한 2D 비정상 연성 모델을 구축하고, 기포 변형 및 열전달 예측치를 실험 데이터로 부분 검증했다. 인가 전압, 리브 간격, 벽면 과열도가 전장 분포, 증기 재분배, 국부 엔탈피 유속에 미치는 영향을 분석한 결과, 전장 강도는 주로 리브 팁에 집중되며 리브 상단과 뿌리 순으로 나타났다. 유전체 근사 조건에서 계면 유전율 기울기 항은 기액 계면을 고전장 리브 팁 영역에서 저전장 리브 사이 영역으로 이동시킨다. 온도-유전율 기울기 항은 벽면 근처 액체의 2차 운동을 유도하여 국부 유동 교란을 강화한다. 리브 간격 Rs=7mm에서 인가 전압을 0에서 45kV로 높이면 벽면 과열도 ΔT=35K일 때 예측된 전역 평균 엔탈피 유속이 84.3% 증가했다. 인가 전압 U=30kV에서 리브 간격을 3mm에서 9mm로 늘리면 예측된 임계 엔탈피 유속(CEF)이 160.1에서 238.1kW/m2로 48.7% 향상되었다. 연구된 매개변수 범위 내에서 리브 간격이 작을수록 낮은 벽면 과열도에서 성능이 우수하며, 리브 간격이 클수록 높은 벽면 과열도에서 증기막 확산을 지연시켰다. 이러한 결과는 비균일 전장과 리브 구조에 의한 기포 이동, 증기 재분배 및 국부 열전달의 연성 제어를 이해하는 데 기초를 제공한다.