疏水表面蒸汽滴狀凝結(jié)傳熱的實驗研究.pdf

1、蒸汽凝結(jié)傳熱過程在石油、化工、航天、動力及制冷空調(diào)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，其換熱性能的強(qiáng)化對節(jié)約能源、節(jié)省原材料及工程費用等方面具有重要意義。滴狀凝結(jié)傳熱由于具有較膜狀凝結(jié)高出數(shù)倍乃至數(shù)十倍的傳熱系數(shù)，受到學(xué)術(shù)界和工程應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。在當(dāng)今世界能源日益緊張的情況下，如何對凝結(jié)表面進(jìn)行改性使其能夠長時間維持滴狀凝結(jié)，成為眾多學(xué)者們深入研究的熱點問題之一。本文在搭建了可視化凝結(jié)傳熱實驗臺的基礎(chǔ)上，通過實驗對兩種不同表面上的凝結(jié)傳熱性能、液

2、滴動態(tài)特性進(jìn)行了研究。
　　利用分子自組裝膜技術(shù)在紫銅表面上制備了銅基十八烷基硫醇光滑疏水表面以及輥壓轉(zhuǎn)移技術(shù)在同一種紫銅表面上制備了銅基單層石墨烯表面。采用自行編制的接觸角測量程序測量去離子水在兩種表面上的接觸角，凝結(jié)實驗前十八烷基硫醇分子自組裝膜的靜態(tài)接觸角為108.5°，單層石墨烯膜表面的靜態(tài)接觸角為89.7°。
　　采用Visual Basice語言編制了程序?qū)OSE滴狀凝結(jié)模型進(jìn)行計算，由計算結(jié)果可以對比出與Ro

3、se本人的計算值與其實驗值相符。分析計算了在不同過冷度(0.5-20K)和不同壓力條件(5、10、20、30、40、50、60、80及101 kPa)下，光滑疏水表面的傳熱通量及傳熱系數(shù)的變化趨勢:在相同的實驗條件下，在同一過冷度下，系統(tǒng)壓力越高，傳熱通量與傳熱系數(shù)也越大。同一實驗條件，同一蒸汽壓力下，傳熱通量隨過冷度的增大而提高，傳熱系數(shù)隨過冷度的增大而下降，且隨著過冷度的增大，傳熱系數(shù)下降的趨勢逐漸緩慢。這主要是因為當(dāng)蒸汽壓力較高時

4、，實驗系統(tǒng)中單位體積的蒸汽量較多，參與凝結(jié)的蒸汽量充足;且壓力高時，凝結(jié)液滴與蒸氣之間的氣-液界面熱阻也相應(yīng)較小，傳熱性能較好。
　　實驗研究了在系統(tǒng)壓力為40 kPa、過冷度為1-26 K、冷卻水流量為11/min的條件下，水蒸汽在兩種表面上的凝結(jié)傳熱特性。結(jié)果表明，兩個表面上的凝結(jié)傳熱通量和凝結(jié)換熱系數(shù)隨過冷度的變化表現(xiàn)出相同的趨勢，傳熱通量隨著過冷度的增大而增大，傳熱系數(shù)則隨著過冷度的增大而下降。由實驗中高速攝像拍攝到的表面