滴狀凝結(jié)液滴生長及傳熱的分形分析.pdf

1、水蒸氣遇冷凝結(jié)的相變對流傳熱方式在工業(yè)領(lǐng)域如核工程、蒸汽動(dòng)力工程、化學(xué)工程、航天與航空工程以及植物表面等非常普遍。當(dāng)飽和水蒸氣與過冷壁面接觸時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩種不同的凝結(jié)傳熱形式：膜狀凝結(jié)形式和滴狀凝結(jié)形式 (也有的作者稱其為珠狀凝結(jié))。至于在壁面上形成哪一種凝結(jié)形式，這與固體和液體的表面性能有關(guān)，換句話說，也就是和液體在凝結(jié)表面接觸角的大小有關(guān)，這是本文首先研究的問題。本文根據(jù)能量守恒原理，同時(shí)結(jié)合表面粗糙因子和液體在粗糙表面的浸潤行為，獲

2、得了粗糙表面液滴的前進(jìn)和后退接觸角表達(dá)式，運(yùn)用此表達(dá)式成功解釋了Wenzel方程和Cassie-Baxter方程無法解釋的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。目前，大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)表明，滴狀凝結(jié)傳熱系數(shù)是膜狀凝結(jié)傳熱系數(shù)的幾倍甚至幾十倍，但是，由于凝結(jié)表面液滴尺寸從納米延伸至毫米，尺寸跨度達(dá)六個(gè)量級(jí)，液滴成核以及液滴之間的合并是隨機(jī)和復(fù)雜的，所以，迄今為止人們?nèi)晕辞逦亓私饽Y(jié)表面液滴的生長過程和傳熱機(jī)理。本文分別從理論分析和數(shù)值模擬兩個(gè)方面研究了這些問題。本文

3、的研究結(jié)果顯示，液滴尺寸分布函數(shù)與液滴尺寸滿足分形標(biāo)度率，冷凝表面的液滴分布同多孔介質(zhì)中的孔隙分布一樣都具有分形特征，借助液滴尺寸分布的分形特征，建立了冷凝表面熱流密度的分形模型，此模型預(yù)測的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果吻合較好。
　　 本研究分為五個(gè)部分：第一章，介紹滴狀凝結(jié)的研究進(jìn)展，包括液滴成核、液滴生長過程、液滴傳熱及影響傳熱的因素、實(shí)現(xiàn)滴狀凝結(jié)的方法四個(gè)方面，并簡單介紹本文將涉及的分形幾何理論。第二章，討論液滴與固體表面的接觸狀