收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

超疏水表面混合蒸气滴状冷凝液滴行为与传热

王四芳  
【摘要】:对于由气相传质扩散特性控制的混合蒸气冷凝过程,利用固液与气液界面效应强化冷凝传热是近年来研究的热点课题。超疏水表面具有极低的表面自由能,水滴在表面上形成完美球状,运动性强,可同时促进固液与气液界面的运动和混合特性,具有很好的应用前景。本文针对纯蒸汽和水蒸气一空气混合蒸气滴状冷凝环境中超疏水表面冷凝液滴润湿行为与传热特性进行了较为系统的实验与理论研究。 采用过硫酸钾氧化金属腐蚀方法和自组装技术得到了紫铜基超疏水表面(Superhydrohpobic surface, SHS)。分别利用乙醇液膜预铺展和超声振荡两种方法在SHS表面上构建了Wenzel模式液滴,对比考察了Wenzel、Cassie模式液滴润湿的光学特征,为进一步研究冷凝环境中液滴润湿行为提供依据。通过纯蒸汽和水蒸气-空气混合蒸气滴状冷凝环境中,冷凝液滴形态、合并行为、改变操作条件控制冷凝液滴空气囊结构重新分布和润湿模式转变等冷凝液滴润湿特性和动态演化行为的可视化,对比静态液滴行为分析了冷凝环境下超疏水表面液滴润湿、合并、脱落等过程中表面润湿模式的演变,提出了超疏水表面冷凝液滴模式:纯蒸汽冷凝环境中,呈冷凝液完全浸润模式;含不凝气蒸汽冷凝中,呈具有空气囊结构的冷凝液滴部分浸润模式,不凝气含量不同,液滴浸润率不同,表观接触角不同。由于高不凝气含量下冷凝液滴浸润率小,实验发现蒸汽滴状冷凝液滴合并过程中出现脉动现象与弹跳行为。 实验研究了SHS表面上两个等半径Cassie模式液滴合并诱导液滴弹跳的现象。液滴弹跳运动过程中,呈现规律性伸缩振荡。基于能量守恒理论对合并诱导弹跳过程的分析表明,液滴合并诱导弹跳现象存在最小液滴半径,随着液滴半径的增大,液滴首次弹跳高度先增大后减小,至最大液滴半径不在发生弹跳现象。进一步结合冷凝环境中液滴润湿模式,讨论了混合蒸气滴状冷凝液滴合并诱导弹跳现象,结果表明,只有“有效合并”区域内的初始液滴合并才能诱导弹跳现象;不凝气含量越高,发生合并诱导弹跳现象的液滴半径范围越大;一定不凝气含量下,蒸汽冷凝液滴合并诱导弹跳现象的表面具有一个临界表面固液分率,表面固液分率大于临界固液分率的超疏水表面上,无液滴合并诱导液滴弹跳现象发生;不凝气含量越低,临界固液分率越小。 超疏水表面上冷凝液滴模式的不同与高不凝气含量下液滴合并诱导的弹跳现象必然导致其冷凝液滴分布特征的不同。本文制备了冷凝液滴模式不同的W区和C区分区表面,考察了滴状冷凝液滴瞬态尺寸分布演化特征,发现W区和C区不同模式的冷凝液滴瞬态尺寸分布演化过程中都出现了双峰特征,最终演化为经典的指数分布特征。高不凝气含量下,液滴合并诱导弹跳现象导致超疏水表面上,频繁有较小液滴合并而脱离表面,裸露出的空白表面上液滴继续核化、生长、合并、脱落。实验范围内,超疏水表面的液滴尺寸集中于10-15μm,液滴瞬态尺寸分布演化过程中无明显的双峰特征。 通过竖壁、竖管蒸汽冷凝传热测试平台对光滑亲水Cu-1、粗糙亲水Cu-2、光滑疏水HS、粗糙超疏水SHS-1和SHS-2五种不同润湿特性的表面进行了重复的纯蒸汽与水蒸气-空气混合蒸气冷凝传热实验测试。不同物理化学性质的五种冷凝表面实现了不同的固液界面效应:Cu-1、Cu-2表面呈膜状冷凝,HS、SHS-1、SHS-2表面呈滴状冷凝形态;根据超疏水表面冷凝液滴润湿模式的分析,具有多重微观粗糙结构的Cu-2、SHS-1、 SHS-2表面在纯蒸汽冷凝环境中,微观毛细结构空穴内部的冷凝水和突起的基体表面共同形成了“复合冷凝表面”,液固表面自由能差减小,影响了Cu-2、SHS-1、SHS-2表面的传热性能。此外,表面微观毛细结构中充满冷凝水导致液膜热阻增加,蒸汽冷凝条件下接触角滞后增大,进而影响了冷凝传热性能。而与纯蒸汽的数据对比,不凝气存在下,相同过冷度下HS、SHS-1、SHS-2表面传热通量接近,这说明含有不凝气的蒸汽冷凝条件下,热阻主要集中在气相侧,SHS-1、SHS-2表面的微纳米结构中无冷凝液滞留引起的附加热阻。从冷凝液滴不同润湿模式角度分析了超疏水表面纯蒸汽以及含不凝气蒸汽冷凝传热性能的差异。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 季宏兵;扈映茹;;液滴图像处理与特征提取[J];光学仪器;2010年02期
2 扈映茹;吕岑;户军茹;;基于BP神经网络的液滴图像识别方法[J];光学仪器;2009年02期
3 ;[J];;年期
4 ;[J];;年期
5 ;[J];;年期
6 ;[J];;年期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
11 ;[J];;年期
12 ;[J];;年期
13 ;[J];;年期
14 ;[J];;年期
15 ;[J];;年期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前6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 岳丹婷;孙玉清;刘惠枝;舒毅;;应用低能复合膜改善水蒸气在壁面相变形态的热力学分析[A];中国航海学会1996年度学术交流会优秀论文集[C];1996年
3 张莉;马秋林;徐宏;王志文;关凯书;;钛冷凝器设计、制造关键技术及高效化研究[A];中国机械工程学会压力容器分会第七届压力容器及管道使用管理学术会议暨使用管理委员会七届二次会议论文集[C];2011年
4 陈海秀;张国雄;唐慧强;;光电测试技术在液体检测中的应用[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(A 光电系统总体技术专题)[C];2006年
5 陈烈涛;;国家创新基金资助项目第五届中国·海峡项目成果交易会金奖 锅炉热管体系与机械虹吸相变循环传热系统节能减排新技术[A];推进供热体制改革与节能改造新技术新设备应用交流会论文集[C];2010年
6 刘大渔;梁广铁;王秋平;周小棉;;毛细管中基于液滴DNA提取-环介导等温扩增方法的细菌新德里金属酰胺酶基因鉴定[A];中华医学会第九次全国检验医学学术会议暨中国医院协会临床检验管理专业委员会第六届全国临床检验实验室管理学术会议论文汇编[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10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
2 宋晴;基于液滴分析技术和液滴指纹图的液体识别方法的研究[D];天津大学;2005年
3 陈海秀;光谱液滴分析系统的设计研究[D];天津大学;2007年
4 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
5 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
6 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
7 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
8 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
9 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
10 祝莹;基于微流控液滴系统的质谱和色谱分析方法的研究[D];浙江大学;2010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 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
3 刘晶;光纤电容液滴传感器的设计[D];北京邮电大学;2011年
4 张春松;液滴分析仪的光纤电容信号处理电路[D];北京邮电大学;2011年
5 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
6 王贤林;滴状冷凝的实验研究[D];中南大学;2005年
7 吴迪;液滴分析仪的微量供液系统的设计[D];北京邮电大学;2011年
8 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
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 胡友森;水平管外PTFE涂层滴状冷凝换热实验研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978