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表面特征影响滴状冷凝初始液滴分布及传热模型的研究

陆巧羽  
【摘要】: 滴状冷凝是利用表面张力作用强化冷凝传热的最理想途径。但到目前为止,并未实现广泛的工业应用,相关的理论模型也不完善。为了从理论上对滴状冷凝进行更深入地研究,本文在实验的基础上对前人关于滴状冷凝的数学模型进行修正,考虑了冷凝表面形貌及表观接触角对滴状冷凝传热的影响。 在滴状冷凝过程中,较小的液滴主要靠直接冷凝长大,较大的液滴主要由合并产生。而直接冷凝长大的这部分小液滴在传热中起主要作用。本文制备了能与热水反应的镁膜表面进行滴状冷凝实验,反应后在表面留下印记,通过对反应后冷凝表面的分析及分形维数的计算,推导出冷凝试件表面形貌与初始成核密度之间的关系式,并应用液滴数平衡理论计算冷凝初始液滴分布模型,与Rose关于合并后较大液滴的分布模型相结合,从而建立了新的滴状冷凝液滴分布规律。 在建立滴状冷凝的传热模型时,大多数研究者都是假设液滴的接触角为90°。但事实上,接触角与表面能密切相关,不同的表面具有不同的接触角,其对滴状冷凝传热的影响是至关重要的。本文通过对单个球缺形液滴传热的分析,在计算中引入表观接触角,建立了冷凝表面上液滴接触角对滴状冷凝传热影响的理论模型,考查了通过单个液滴传热的各种热阻以及表面上液滴发生脱落时总热通量随接触角的变化。 结果表明冷凝试件的表面形貌对滴状冷凝的初始成核密度及传热有较大影响,冷凝表面的分形维数越大,则初始成核密度越大,相应的热通量也越大。通过接触角对滴状冷凝传热影响的理论研究,从传热学角度证明了滴状冷凝过程中最佳接触角的存在。


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