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固液表面自由能差强化蒸汽冷凝传热的研究

陈晓峰  
【摘要】: 为了考察固液表面自由能差对膜状冷凝传热系数的影响,本文从液膜流动的角度出发,推导出了接触角与冷凝传热系数的关联式。计算结果表明,接触角在一定范围内,膜状冷凝传热系数随着接触角的增大而增大;而当接触角较小(接近0°)时,本文关联式的计算结果与经典的Nusselt理论相符。 本文实验研究了相同冷凝实验条件下的水蒸汽在紫铜基离子注氮表面、紫铜基机械抛光表面、黄铜基DLC表面、黄铜基机械抛光表面上的滴状冷凝传热特性,考察了固液表面自由能差的变化(通过压力来调节)对冷凝传热的影响。实验结果表明,在相同的操作条件下,冷凝传热系数随着固液表面自由能差的增大而增大。紫铜基机械抛光表面的冷凝传热系数和热通量在实验压力为常压、70kPa、46kPa时分别比紫铜基离子注氮表面提高10%、16%、15%。黄铜基DLC表面上冷凝传热系数和热通量在实验压力为常压、70kPa、46kPa、31kPa时比相同条件下黄铜基机械抛光表面分别提高8%、13%、34%、34%。 以乙二醇蒸汽为冷凝工质,实验研究了固液表面自由能差的变化对膜状冷凝传热的影响。实验结果表明,乙二醇在紫铜基离子注氮表面、紫铜基机械抛光表面、黄铜基DLC表面上的膜状冷凝传热系数实验值分别比相同条件下的Nusselt计算值提高40%、28%~42%、25%~43%。实验数据与本文建立的数学模型的计算结果的变化趋势相一致。


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