滴状冷凝初始液滴形成机理的研究

摘要

本文以能与热水(冷凝液)反应的镁表面作为冷凝表面，在实验中通过控制过冷度和冷凝时间而实现蒸汽在镁表面的初始冷凝，然后应用电子探针和扫描电镜分析冷凝前后试件表面化学成分的变化，用于推断蒸汽的初始冷凝状态是核状还是薄膜状。 首先通过称重法测定镁与热水的反应速率，从而得出该反应的活化能 Ea =75.24KJ/mol，指前系数 A=3.05×10<'7>。根据阿伦尼乌斯方程，可以计算出镁与热水在各个温度下的反应速率。反应速率计算结果表明，在几秒钟的反应时间内镁表面上所形成的氧元素含量水平足以在电子探针及扫描电镜上检测出来，从而说明镁作水蒸汽的冷凝表面以记录初始凝液形成状态是可行的。 以机械抛光和磁控溅射两种方法制备镁表面，原子力显微镜的检测结果表明，机械抛光表面粗糙度在微米级，磁控溅射所得镁膜表面平均粗糙度为23nm左右。通过电子探针检测磁控溅射镁膜厚度为 21μm，这说明衬底完全被镁覆盖。所以磁控溅射法制备的镁膜适宜作为本实验用的冷凝表面，并能满足冷凝实验后电子探针面扫描的要求。 初始冷凝实验中，通过控制过冷度和冷凝时间而实现镁表面初始冷凝液核的形成，然后利用电子探针和扫描电镜进行检测，结果显示初始冷凝后镁表面上氧元素的含量随着过冷度和冷凝时间的增加而增加，并且氧元素在表面上的分布是不均匀的。而且电子探针和扫描电镜两种方法所检测的得结果基本吻合，充分说明了本研究方法和结果的可靠性，即凝液与镁表面反应所留下的痕迹能真实的反应初始凝液的形成状态。利用反应动力学推算出的初始液滴所占面积与电子探针的检测结果也吻合良好。因此，本研究的结果一致表明，初始凝液只在部分区域、而不是在整个冷凝表面形成，即滴状冷凝初始液滴形成的机理符合固定成核中心假说。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1.文献综述

1.1概述

1.2蒸汽凝结的相关问题讨论

1.2.1蒸汽凝结的理论研究

1.2.2蒸汽凝结成滴或成膜的判据

1.2.3蒸汽冷凝形态与接触角的关系

1.3滴状冷凝过程的研究

1.3.1滴状冷凝过程的描述

1.3.2滴状冷凝机理的研究

1.3.3液滴的生长与合并

1.3.4液滴的脱落

1.4滴状冷凝的传热研究

1.4.1液滴的分布

1.4.2蒸汽冷凝的传热计算

1.5小结

2.镁与热水反应动力学的研究

2.1实验材料和方法

2.1.1实验设备

2.1.2实验步骤

2.1.3分析方法

2.2实验结果与讨论

2.2.1镁与热水的反应动力学关系式

2.2.2反应渗透深度的确定

2.2.3冷凝液与镁表面反应所占面积分率的分析

3.镁表面的制备及表征

3.1引言

3.2实验方法

3.2.1机械抛光

3.2.2磁控溅射

3.3实验结果与讨论

3.3.1镁表面的表征

3.3.2镁表面成分定量分析

3.3.3磁控溅射镁膜厚度的检测

4.初始冷凝实验

4.1引言

4.2实验装置和方法

4.2.1实验装置

4.2.2实验部件的选择和加工

4.2.3操作条件

4.2.4操作步骤

4.3实验结果与讨论

4.3.1冷凝前后镁表面氧元素含量的变化

4.3.2扫描电镜与电子探针检测结果的对比

4.3.3冷凝前后镁表面氧元素的分布

4.3.4镁表面图象分析所得氧元素面积分率与反应动力学计算结果比较

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢