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《大连理工大学》 2006年
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界面效应影响冷凝传热过程的研究

兰忠  
【摘要】:界面效应对蒸气冷凝传热过程有显著的影响,而对于该影响的机理及量化关系的研究却比较缺乏。本文首先实验研究了液固表面自由能差对蒸气冷凝传热过程的影响。通过两种方法改变液固表面自由能差:(1)在相同的实验条件下,以不同的处理表面改变冷凝壁面的表面自由能;(2)相同的冷凝表面,改变操作条件或以混合蒸气冷凝来改变冷凝液的表面自由能。通过实验观察发现一定条件下,冷凝形态发生膜状到过渡状态和滴状的变化,并相应地伴随着传热性能的变化。以界面效应强化冷凝传热,蒸气冷凝传热系数随表面自由能差变化的机理,对这一现象作了解释,并得到了乙醇—水混合蒸气的冷凝形态变化条件,阐述了乙醇—水混合蒸气冷凝过程中,热通量和传热系数与过冷度变化趋势。表面自由能差小于14±1mJ·m~(-2)表现为膜状冷凝,表面自由能差大于21±1mJ·m~(-2)表现为滴状冷凝,表面自由能差介于二者之间为过渡区域,从一个新的角度探索了液相共溶混合蒸气的冷凝传热机制。 对于界面效应影响冷凝液的运动过程和特征,本文研究了重力场中竖壁上液滴的脱落直径和三相接触线形态。实验观察到液滴的三相接触线形状并非是圆或椭圆形,而是非规则的形状。根据液滴脱落时的形态,本文提出了接触线形状为两个半椭圆的组合,并由重力和表面张力的平衡推导出脱落直径的数学表达式。并进行了实验验证和分析计算。结果表明,对于一定的液-固-气系统,液滴的脱落直径是由液体表面张力和前进角、后退角以及平衡接触角共同决定的。实验测定脱落直径与模型计算结果比较吻合,表明接触角越大或(及)接触角滞后越小,则脱落直径越小。 本文分析了竖壁沟流流动,基于最小能量原理,当壁面为存在接触角滞后的非理想表面时,其控制方程的边界条件与滞后接触角有关,分析了流率存在波动时沟流厚度的波动原因和范围。实验研究了不同液体在不同表面上的沟流流动,结果表明了沟流波动与界面效应有关,沟流的实际厚度介于由滞后角限定的某一范围内,并且与沟流平均流率有关。若流率波动未超出由滞后接触角及沟流基础流率限定的范围时,沟流只在厚度方向发生波动;若流率波动超出这一范围,则沟流在宽度方向也开始伸缩。进而可得出,接触角滞后越大,则沟流在壁面上越不易消失,即后退角越小的表面,可能出现沟流(过渡冷凝形态)的可能性也越大。 本文实验研究和分析了滴状冷凝过程中,液滴的随机运动行为以及液滴分布的分形特征,发现液滴的运动和分布与接触角及接触角滞后有关。并分析得到液滴分形分布模型中相邻两代液滴半径比与滞后接触角的关系式,该式计算结果与实验结果十分吻合。实验结果表明,在存在接触角滞后的表面上,液滴能以脉动形式长大,造成液滴分布呈
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TQ021.3

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 何广利;质子交换膜燃料电池内部两相流传递特性研究[D];大连理工大学;2007年
2 周兴东;导热功能表面强化混合蒸气冷凝传热机理的研究[D];大连理工大学;2007年
3 穆春丰;表面特征对滴状冷凝初始液滴的形成及传热影响的研究[D];大连理工大学;2008年
4 王四芳;超疏水表面混合蒸气滴状冷凝液滴行为与传热[D];大连理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 温智;金属基底微纳二级结构超疏水表面的制备及其保持冷凝液滴超疏水性能的研究[D];大连理工大学;2011年
2 李晓楠;自组装膜表面强化冷凝传热的研究[D];大连理工大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 蒋章焰,陶正文,阎维平;垂直自由降膜流表面波的非线性演化 [J];华北电力大学学报;1999年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张宇;液固表面自由能差效应强化冷凝传热的机理研究[D];大连理工大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王中校;王亭杰;郭奋;金涌;;气流场中石蜡颗粒表面的剪切脱水[J];北京化工大学学报(自然科学版);2011年05期
2 王冰;虞斌;;聚四氟乙烯表面滴状冷凝传热的理论模型与计算[J];材料开发与应用;2009年05期
3 岳丹婷,李青,舒宏纪,李品芳;滚动脱落实现滴状冷凝的分析[J];大连海事大学学报;1999年01期
4 吴桂涛,岳丹婷,吕欣荣;除湿器冷凝表面应具备的特点分析[J];大连海事大学学报;2000年04期
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6 权生林;李维仲;朱卫英;;水滴撞击固体表面实验研究[J];大连理工大学学报;2009年06期
7 邱庆刚;陈金波;;水平管降膜蒸发器管外液膜的数值模拟[J];动力工程学报;2011年05期
8 曹治觉;低温气体冷凝过程的热力学分析[J];低温物理学报;2001年03期
9 王冰;虞斌;;聚四氟乙烯表面滴状冷凝的实验研究[J];低温与超导;2009年05期
10 穆连波;王随林;葛海霞;严欢;罗雪莹;;防腐表面特性对烟气凝结换热影响的实验研究[J];建筑节能;2010年12期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 梅宁;张则荣;陆建辉;;竖直螺旋槽管壁面液膜流动特性的研究[A];自然、工业与流动——第六届全国流体力学学术会议论文集[C];2001年
2 罗林聪;张冠敏;潘继红;田茂诚;;异型管外降膜蒸发液膜流动数值模拟分析[A];第十一届全国水动力学学术会议暨第二十四届全国水动力学研讨会并周培源诞辰110周年纪念大会文集(下册)[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱登亮;槽形竖壁冷凝强化规律研究与结构优化[D];华东理工大学;2011年
2 王永珍;风窗玻璃霜雾结解过程传热及其解化特性研究[D];吉林大学;2011年
3 徐志钮;RTV涂层憎水性及对绝缘子电场和污闪特性影响的研究[D];华北电力大学(北京);2011年
4 梅茂飞;滴状凝结液滴生长及传热的分形分析[D];华中科技大学;2011年
5 齐宝金;钛表面冷凝特性研究及通用冷凝传热模型建立[D];华东理工大学;2011年
6 王春生;黏弹性流体驱替残余油的微观机理研究[D];东北石油大学;2011年
7 李春曦;含活性剂液滴的铺展过程研究[D];华北电力大学;2011年
8 蒋斌;地铁站全膜流板式蒸发冷却器传热传质机理研究[D];重庆大学;2010年
9 袁德文;窄流道内高过冷流动沸腾条件下的汽泡演化特性及机制[D];重庆大学;2010年
10 黄玲艳;表面特性对冷壁面结霜过程影响的研究[D];北京工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 柳坤;横纹管强化溴化锂吸收水蒸汽的传热传质实验研究[D];郑州大学;2010年
2 闫未丹;栅缝元件上粘弹性流体降膜流动研究[D];华东理工大学;2011年
3 刘春格;喷墨印刷在电子产品制作中的应用[D];江南大学;2010年
4 赵研;高温降液膜吸收强化传热传质的研究[D];大连理工大学;2011年
5 温智;金属基底微纳二级结构超疏水表面的制备及其保持冷凝液滴超疏水性能的研究[D];大连理工大学;2011年
6 陈金波;水平管外降膜流动特性的数值研究[D];大连理工大学;2011年
7 张崇峰;自组装超疏水表面超低压蒸汽滴状冷凝的实验研究[D];大连理工大学;2011年
8 华楠;空气冷却式分液冷凝制冷系统性能的研究[D];广东工业大学;2011年
9 张琴;溴化锂吸收式制冷机蒸发器与吸收器强化传热传质的研究[D];长安大学;2011年
10 崔馨;分离压作用下表面活性剂溶液的铺展特性研究[D];华北电力大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 彭澎;燃料电池技术及其在潜艇动力方面的应用前景[J];船电技术;2003年01期
2 熊志斌;;滴状冷凝的最小静接触角[J];湖南文理学院学报(自然科学版);2005年04期
3 杜长海,马学虎,徐敦颀;聚四氟乙烯表面上实现水蒸汽滴状冷凝的研究[J];东北电力学院学报;2000年02期
4 刘富强,邢丹敏,于景荣,衣宝廉,张华民;质子交换膜燃料电池Nafion/PTFE复合膜的研究[J];电化学;2002年01期
5 韩明,徐洪峰,衣宝廉;质子交换膜燃料电池新结构[J];电化学;1999年01期
6 程晓亮,衣宝廉,张景新,韩明,乔亚光;PEMFC催化层中PTFE和Nafion对催化剂利用率的影响[J];电化学;1999年02期
7 岳丹婷,李青,舒宏纪,李品芳;滚动脱落实现滴状冷凝的分析[J];大连海事大学学报;1999年01期
8 费千,岳丹婷;液滴从固体壁面脱落条件的分析[J];大连海事大学学报;1997年03期
9 范文霞;马学虎;于小川;刘天庆;崔占峰;;角膜内皮体外模型玻璃化法保存研究[J];大连理工大学学报;2008年06期
10 马学虎,徐敦颀,林纪方;实现水蒸汽滴状冷凝的表面材料研究[J];大连理工大学学报;1994年06期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 钱柏太;金属基体上超疏水表面的制备研究[D];大连理工大学;2006年
2 周兴东;导热功能表面强化混合蒸气冷凝传热机理的研究[D];大连理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张宇;液固表面自由能差效应强化冷凝传热的机理研究[D];大连理工大学;2004年
2 王贤林;滴状冷凝的实验研究[D];中南大学;2005年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘民科;王随林;潘树源;史永征;;新型复合防腐表面烟气对流凝结换热实验研究[J];工业锅炉;2012年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王四芳;超疏水表面混合蒸气滴状冷凝液滴行为与传热[D];大连理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张崇峰;自组装超疏水表面超低压蒸汽滴状冷凝的实验研究[D];大连理工大学;2011年
2 周怡博;夹紧力变化对质子交换膜燃料电池性能影响的研究[D];天津大学;2010年
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4 汪明哲;低压蒸汽滴状冷凝传热的实验研究[D];大连理工大学;2009年
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7 秦明俊;质子交换膜燃料电池工作性能数值仿真研究[D];上海交通大学;2009年
8 李宽;冻土区天然气水合物蒸汽法开采系统数值模拟与野外试验[D];吉林大学;2012年
9 朱霞;低温多效海水淡化系统实验研究[D];大连理工大学;2012年
10 刘民科;烟气凝结换热器传热强化与工程应用研究[D];北京建筑工程学院;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘旭,徐敦颀;Cu-BTA低能表面强化冷凝传热研究[J];大连理工大学学报;1996年02期
2 师晋生,施明恒;竖壁下降液膜受热流动的不稳定性分析[J];东南大学学报;1998年01期
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4 岳丹婷,孙玉清,刘惠枝;水蒸气在低能表面相变形态的热力学分析[J];工程热物理学报;1997年05期
5 王补宣,张金涛,彭晓峰;壁薄液膜流动稳定性的分析[J];工程热物理学报;1999年04期
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7 马学虎,李洪安,徐敦颀,龙振湖;超薄聚合物表面上滴状冷凝的传热研究[J];高校化学工程学报;1993年04期
8 任晓光,刘嘉敏,刘长厚,赵起,Hans Mler Steinhagen;表面离子注入降低池式沸腾条件下CaSO_4污垢生成[J];高校化学工程学报;2001年05期
9 叶学民,阎维平,蒋章焰,王军;自由降膜表面波流动和传热特性的研究 [J];华北电力大学学报;1999年01期
10 张东昌,林载祁,林纪方;实现滴状冷凝新途径的研究——(Ⅰ)基本概念及实验结果[J];化工学报;1987年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 兰忠;马学虎;周兴东;宋天一;;滴状冷凝中液滴的脉动规律及分形分布模型中相邻两代液滴半径比参数[J];高校化学工程学报;2007年01期
2 兰忠;马学虎;王仁芳;周兴东;张宇;白涛;陈嘉宾;;固液界面效应影响竖壁沟流波动研究[J];高校化学工程学报;2005年06期
3 宋永吉,张东昌,林纪方;大气压附近蒸汽温度对滴状冷凝传热的影响[J];化工学报;1991年01期
4 宋永吉,张东昌,林纪方;滴状冷凝传热机理的研究 (Ⅰ)传热表面的制备及传热性能实验[J];化工学报;1990年06期
5 马学虎,李洪安,徐敦颀,龙振湖;超薄聚合物表面上滴状冷凝的传热研究[J];高校化学工程学报;1993年04期
6 郎需庆,马红钦,谭欣;滴状冷凝机理及冷凝表面改性的研究进展[J];石油化工高等学校学报;2004年02期
7 兰忠;马学虎;李晓楠;汪明哲;;表面自由能差对乙醇-水混合蒸气冷凝传热特征的影响[J];高校化学工程学报;2009年03期
8 宋永吉,张东昌,林纪方;滴状冷凝传热机理的研究 (Ⅱ)液滴分布、液滴生长速率及液滴脱离直径的研究[J];化工学报;1990年06期
9 赵起,林纪方;滴状冷凝工业应用研究进展[J];化工进展;1991年02期
10 张东昌,林载祁,林纪方;实现滴状冷凝新途径的研究——(Ⅰ)基本概念及实验结果[J];化工学报;1987年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘天庆;孙相彧;李香琴;;滴状冷凝初始液滴形成机理的初探[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年
2 李小兵;刘莹;;固体表面润湿性机理及模型[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(10)[C];2007年
3 王国刚;孙诚;陈良水;张小松;顾忠泽;;基于分级结构超疏水表面的防冰冻性能初探[A];中国科学技术协会2008防灾减灾论坛论文集[C];2008年
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10 张琦;王国恒;;一种新型干燥装置——脉冲流化床干燥器[A];2004全国能源与热工学术年会论文集(2)[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 王婵媛;让绿色旗帜在黄土高原飘扬[N];中国水利报;2003年
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5 何向阳;长沟流月去无声[N];文学报;2006年
6 牛献廷 郑自伟;刘绿水:圆了山高村人的吃水梦[N];平顶山日报;2010年
7 孟宪华 马九林;构造新型城镇 实现“城果”双赢[N];中国特产报;2002年
8 李光谟;长沟流月去无声[N];中国文物报;2005年
9 耀忠;日光温室的除湿措施[N];山西经济日报;2001年
10 ;舟曲县水保局全面完成春季植树造林工程[N];甘南日报(汉文版);2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 兰忠;界面效应影响冷凝传热过程的研究[D];大连理工大学;2006年
2 王四芳;超疏水表面混合蒸气滴状冷凝液滴行为与传热[D];大连理工大学;2012年
3 周兴东;导热功能表面强化混合蒸气冷凝传热机理的研究[D];大连理工大学;2007年
4 宋天一;蒸气冷凝过程微尺度特性的实验和理论研究[D];大连理工大学;2010年
5 穆春丰;表面特征对滴状冷凝初始液滴的形成及传热影响的研究[D];大连理工大学;2008年
6 齐宝金;钛表面冷凝特性研究及通用冷凝传热模型建立[D];华东理工大学;2011年
7 侯峰;Ni-P-纳米SiO_2化学复合镀层制备及耐蚀和冷凝性能强化研究[D];华东理工大学;2011年
8 汤威宜;新型含氟涂层材料的合成及其在棉织物上的应用[D];东华大学;2010年
9 朱登亮;槽形竖壁冷凝强化规律研究与结构优化[D];华东理工大学;2011年
10 梅茂飞;滴状凝结液滴生长及传热的分形分析[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王爱丽;滴状冷凝液滴微观特征及传热机制[D];大连理工大学;2010年
2 张崇峰;自组装超疏水表面超低压蒸汽滴状冷凝的实验研究[D];大连理工大学;2011年
3 周慧;水蒸汽珠状凝结换热影响因素的研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 秦亮;亲/疏水表面上液滴接触角滞后的研究[D];大连理工大学;2012年
5 阮艺平;铜表面物理化学特性对蒸汽冷凝传热特性的影响[D];华东理工大学;2012年
6 张宇;液固表面自由能差效应强化冷凝传热的机理研究[D];大连理工大学;2004年
7 崔晓松;基于热力学分析的超疏水表面几何优化设计[D];湘潭大学;2010年
8 王贤林;滴状冷凝的实验研究[D];中南大学;2005年
9 陈晓峰;固液表面自由能差强化蒸汽冷凝传热的研究[D];大连理工大学;2002年
10 庞晶晶;表面形貌对初始滴状冷凝的影响[D];大连理工大学;2007年
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