超疏水微通道內(nèi)水流動與傳熱特性的研究.pdf

1、本文通過酸化學刻蝕和表面修飾的方法，成功地在鋁片上制備出了超疏水表面。經(jīng)接觸角測定，水滴在表面上的靜態(tài)接觸角均大于150°，接觸角滯后約為4°(5μL液滴)。經(jīng)電鏡掃描分析發(fā)現(xiàn)超疏水表面上產(chǎn)生了由大量凸臺和凹坑堆積而成的“迷宮”結構。研究結果表明，表面微細粗糙結構對表面的超疏水性起到了決定性作用，是制備超疏水表面的關鍵所在。 本文分別從水滴在超疏水表面上的行為、有機物含量對疏水性的影響、水在超疏水表面上的相變過程等各個角度考察了

2、超疏水表面的性能，發(fā)現(xiàn)超疏水表面具有疏水親油、不粘水、易于形成蒸汽滴狀冷凝等特性。 在制備鋁片超疏水表面的研究基礎上，通過對制備工藝和實驗條件的合理改進最終制各出了具有超疏水內(nèi)表面的鋁微通道，并對比研究了水在超疏/親水微通道的流動與傳熱特性。實驗結果表明：水在超疏水微通道內(nèi)流動時的壓力降和fRe值要低于超親水微通道，無量綱壓降比有微小的浮動；超疏水微通道的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及努塞爾數(shù)要略低于超親水微通道。經(jīng)分析得出在超疏水表面的固-液

3、界面上存在一層由微納米氣泡構成的氣膜，氣膜的存在顯著降低了水與壁面之間的剪切力，降低了水流過微通道時的摩擦阻力系數(shù)，產(chǎn)生了滑移，但由于空氣熱導率低，一定程度上阻礙了傳熱。 將“無滑移邊界條件”的靜止氣泡層的導熱考慮在內(nèi)，計算了含有空氣層的超疏水表面微通道的表觀傳熱系數(shù)，發(fā)現(xiàn)其表觀傳熱系數(shù)低于超疏水表面的實驗值，且隨著空氣層厚度的增加而愈加降低，即超疏水表面的傳熱性能要好于“無滑移邊界條件”并考慮靜止空氣層導熱的傳熱性能。因此提出