大接触角滞后组合表面液滴运动及传热特性

摘要

从上世纪Schmidt发现滴状冷凝这种高效换热方式以来，许多研究者在滴状冷凝的传热机理、滴状冷凝的功能材料制备、以及滴状冷凝的工业化应用等方面进行了大量研究。滴状冷凝的促进层寿命问题是阻碍滴状冷凝传热过程工业化应用的主要问题。同时在研究过程中发现促进层的局部脱落可以形成一种润湿特性组合表面，一定程度上可以提高传热效率。本文基于组合表面的概念，旨在研究大接触角滞后体系对冷凝液滴运动特性和传热性能的影响，试图为滴状冷凝的工业应用提供一定的数据支撑和理论依据。
　　本文主要实验研究了具有不同润湿特性的超疏水表面和组合表面的冷凝传热过程，具体考察了大接触角滞后对滴状冷凝传热过程的影响。首先在紫铜表面上制备有机复合超疏水表面，实验研究了此表面上稳定的蒸汽滴状冷凝过程;另外按特定方式对表面进行分割组合形成具有不同润湿特性区域的组合表面，研究组合方式对水蒸汽冷凝传热的影响，主要考虑接触角滞后对冷凝体系的影响。利用不同的刻蚀程度在超疏水表面上形成不同接触角滞后的方法研究接触角滞后对冷凝过程液滴运动特性和传热性能的影响。
　　通过超疏水表面刻蚀程度的设计进而实现对接触角滞后的调控，同时利用不同的组合表面实现壁面平均自由能的调控，总结出不同分割组合区域的宽度对液滴尺寸的调控规律;并结合润湿性能不同的组合表面的冷凝传热实验，分析了不同接触角滞后对于超疏水-疏水组合表面传热的影响，发现大接触角滞后可以促进液滴抽吸，加快组合表面中疏水区域的表面更新，最终达到强化传热的效果。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 接触角与附着液滴

1．2 冷凝形态的划分

1．3 滴状冷凝促进层

1．4 滴状冷凝过程液滴特性

1．5 滴状冷凝传热经典理论模型分析

1．6 论文主要设计思路与研究内容

2 表面制备和实验方法

2．1 冷凝表面的制备与表征

2．1．1 疏水表面制备方法

2．1．2 超疏水表面制备方法

2．1．3 不同刻蚀时间表面制备

2．1．4 大接触角滞后组合表面制备

2．1．5 表面表征以及特性

2．2 竖壁面常压蒸汽冷凝实验装置与流程

2．2．1 竖壁面常压蒸汽冷凝实验装置与流程

2．2．2 竖壁面常压蒸汽冷凝实验操作

2．3 实验数据处理与误差

2．3．1 实验数据处理方法

2．3．2 实验数据误差分析

2．4 本章小结

3 大接触角滞后组合表面液滴特性及冷凝传热的实验研究

3．1 大接触角滞后超疏水-疏水组合表面液滴运动特性及尺寸分布

3．1．1 大接触角滞后组合表面对液滴运动特性影响

3．1．2 大接触角滞后组合表面对液滴半径影响

3．1．3 大接触角滞后组合表面对液滴尺寸分布影响

3．2 大接触角滞后对蒸汽冷凝传热性能的影响

3．2．1 大接触角滞后对纯表面的传热影响

3．2．2 大接触角滞后对超疏水-疏水组合表面的传热影响

3．3 组合表面对蒸汽冷凝传热的强化特性

3．4 本章小结

4 组合表面传热强化的滴状冷凝传热模型分析

4．1 经典滴状超疏水冷凝传热模型

4．1．1 单个液滴的传热模型

4．1．2 液滴尺寸分布

4．1．3 滴状冷凝传热通量

4．2 模型分析对滴状冷凝传热性能的影响

4．2．1 滴状冷凝传热模型验证

4．2．2 接触角及接触角滞后对传热性能的影响

4．2．3 液滴尺寸对滴状冷凝传热性能的影响

4．2．4 大接触角滞后组合表面传热强化机理分析

4．3 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢