随着技术的快速发展，能够处理高热流密度的冷却系统引起了学术界和工业界的广泛关注[1]。在电子行业中，计算芯片处理能力的不断提高以及设备尺寸的减小导致单位面积的热生成量急剧增加。这一趋势使得热管理成为限制进一步技术发展的关键挑战[2]。在各种冷却方法中，流动沸腾传热技术已成为主流解决方案。对于需要超过500 W·cm–2热流密度的应用，窄间隙通道因其高传热效率、紧凑的结构和操作稳定性而被证明是一种有前景的主动冷却技术[3]，[4]。尽管钛的热导率低于传统散热材料，但它具有优异的高温稳定性、耐腐蚀性以及与极端或真空环境（例如等离子体直面收集器结构）的兼容性，因此特别适合对结构可靠性要求极高的窄间隙冷却应用。因此，研究钛通道可以提供有关材料属性如何影响极端条件下的气泡动力学和沸腾传热的宝贵见解。
关于窄间隙通道中的两相流动和传热的研究主要使用去离子水作为工作流体，例如Ajith Krishnan等人[5]、Alam等人[6]、Zhou等人[4]的研究所示。虽然去离子水因其优异的热导率和高比热容而被广泛使用，但其冰点限制了其在低温环境中的适用性。相比之下，常用作防冻剂的乙二醇-水溶液在特定比例下可以实现低于-40°C的冰点。这些溶液的热性能与去离子水相当，被认为是极端条件下的优秀冷却替代品[7]。
最近的研究探讨了乙二醇-水溶液在不同配置下的沸腾传热性能，包括不锈钢管、喷射流、矩形通道和鳍片。Hu等人[8]研究了水平矩形通道中50%体积浓度乙二醇-水溶液的过冷流动沸腾现象，发现由于材料热性能的差异，铝表面的传热系数（HTC）高于铸铁表面。他们引入了一个新参数来考虑加热表面属性对沸腾行为的影响，并提出了一个新的预测模型。Yu等人[7]，[9]研究了不锈钢管和带鳍片的铝通道中50/50乙二醇-水溶液的过冷流动沸腾传热，识别出两个不同的区域：单相传热和过冷沸腾。他们的结果表明，在具有有限成核位点的光滑铝表面上，过冷沸腾使HTC提高了25%–30%。Lee等人[10]研究了带有小平面加热器的矩形通道中乙二醇-水溶液的传热特性，观察到这些溶液中的成核沸腾气泡通常比水中的更大。然而，增加流速显著抑制了成核沸腾。在低压条件下，成核沸腾开始时的壁面过热（ONB）随着压力的增加而降低，而在成核沸腾区域的HTC则随热流量的变化而变化。由于亚大气压沸腾涉及与大气压沸腾不同的热物理和界面现象，因此有必要概述压力效应以理解我们的研究。
压力对沸腾传热的影响已在常规尺寸通道[11]和微尺寸通道[12]的大气压和高压条件下进行了广泛研究。然而，在大气压下，乙二醇-水溶液的沸点为108.73°C，使得在低热流密度下难以实现相变。为了解决这个问题，工程师通常会降低饱和压力。在亚大气压系统压力（SSP）下，蒸汽的潜热增加，而饱和温度和比蒸汽体积减小[13]。这些变化可能导致气泡离开尺寸增大，显著影响传热特性。Das等人[14]证明，将FC-72的饱和压力降低到30–40°C可以优化传热性能。Colgan在亚大气压条件下对蒸馏水的研究[15]表明，气泡离开尺寸增大而离开频率减小，临界热流（CHF）随系统压力的降低而减小。Yin等人[16]发现，在亚大气压下，R-134a的HTC基本不受质量流量的影响，但增加过冷度可以增强传热性能。相反，Chang对FC-72的研究[17]表明，在亚大气压下，增加过冷度会降低HTC、气泡离开直径和成核位点密度。
鉴于亚大气压条件下的传热现象和机制与大气压和高压条件下的不同，迫切需要研究亚大气压环境中的流动沸腾。此类研究对于高海拔飞机[18]、月球表面乘员舱[15]、海水淡化[19]和热管[20]等应用具有重要的实际意义。此外，研究人员还探索了使用纳米粒子来增强乙二醇-水溶液的传热能力[21]，[22]，[23]，[24]。虽然纳米流体在提高传热性能方面显示出潜力，但重力效应可能会影响流体稳定性，可能损坏泵叶片或堵塞流动通道。
尽管人们对乙二醇-水溶液作为相变传热的工作流体越来越感兴趣，但在亚大气压下的行为研究仍然有限。在这些条件下，气泡成核、动力学和临界热流与大气压下的情况有显著差异，这突显了进一步研究的必要性。为了填补这些空白，本研究在亚大气压条件下对窄钛通道中乙二醇-水溶液的传热特性进行了实验研究。该工作全面评估了沸腾曲线和平均传热系数，为优化高热流冷却系统提供了宝贵的见解。
