亲-疏水两层结构表面强化蒸汽冷凝传热

为了研究蒸汽在不同润湿性结构表面上的冷凝传热性能,基于协同排液思想和仿生理念,利用化学刻蚀法制备超疏水-超亲水两层结构表面:一层为超疏水表面,另一层为经双氧水氧化的烧结乳突结构表面,2层之间为空腔.研究组合结构、过冷度和冷却水体积流量对冷凝传热的影响.实验结果表明:亲-疏水组合结构表面的冷凝传热系数最高.当过冷度为5.0 K时,组合结构表面的冷凝传热系数分别为光滑铜表面和单一超疏水表面的4.8、1.8倍.冷凝形成的液滴在向乳突运动的过程中主要受到2个驱动力:接触乳突结构后受到的拉普拉斯压差作用力、乳突内部孔隙所产生的毛细吸力.组合表面的冷凝传热系数随冷却水体积流量的增大和过冷度的增大而逐渐减小.

液滴碰撞亲-疏水交界面的动力学特征

液滴碰撞不同润湿性表面将表现出不同的动态行为。为研究液滴碰撞亲-疏水交界面的动态行为,制备了超疏水-超亲水组合润湿性表面,控制液滴(初始直径D 0为1.80 mm)以不同速度碰撞超亲水-超疏水交界面。研究结果表明:液滴轻触交界面时,相邻两极端润湿性表面将产生促使液滴铺展的驱动力,液滴在超亲水区域完全铺展,最大铺展直径可达5.51 mm,铺展系数β可达2.93。液滴以一定速度碰撞亲-疏水交界面时,液滴铺展和液滴弹跳同时发生。液滴铺展系数先增大后骤降,铺展系数曲线存在“尖峰”。最终铺展系数逐渐增大并趋于稳定。碰撞速度越大,铺展前期铺展系数越大。对液滴铺展过程中的能量分析表明,液滴动能和表面能的相互转换是液滴运动和铺展的关键。

超疏水表面黏附性对冷凝传热的影响

表面黏附性对冷凝液滴的成核、生长和脱离过程有重要影响。为进一步提高表面的冷凝传热系数,制备亲水、超疏水高黏附和超疏水低黏附3类表面,在不同蒸汽压力及风冷条件下,研究表面黏附性、压力、加热功率和冷却功率等因素对冷凝传热的影响。研究结果表明:由于超疏水高黏附表面的液滴易成核但不易脱离,而超疏水低黏附表面的液滴极易脱离,因此,在相同压力和过冷度下,超疏水低黏附表面的换热系数远大于超疏水高黏附表面的换热系数;在过冷度为4.0 K的常压条件下,超疏水低黏附和高黏附表面换热系数分别是亲水表面换热系数的4.99倍和1.77倍;在同一风冷功率和加热功率下,超疏水低黏附表面的过冷度明显小于超疏水高黏附表面的过冷度。

超亲水乳突对冷凝传热的影响

为强化冷凝传热,促使冷凝液快速脱离是重要途径。以微米级电解铜粉为材料,烧结制备了超亲水乳突结构,测试了超亲水乳突在不同角度下的吸液性能,并通过蒸汽冷凝实验,研究了超亲水乳突对冷凝传热的影响。实验结果表明,超亲水乳突表面的针状凸起增大了乳突的粗糙度,进而增大了超亲水乳突内的毛细吸力,吸液性能优越。因此应用超亲水乳突后,促进了冷凝表面冷凝液的脱离,从而强化了蒸汽冷凝传热。其中,应用超亲水乳突的超疏水表面表现出最高的传热系数。当过冷度ΔT=2.5 K时,传热系数是亲水铜表面的5.6倍。

润湿性表面强化冷凝传热的研究进展

固体表面的润湿特性对冷凝传热具有重要的影响。本文分析了冷凝传热的机理,介绍了现阶段对不同冷凝方式的判定方法,总结了不同润湿性表面的制备方法,概述了蒸汽在亲水表面、疏水表面和组合表面上的冷凝传热性能,总结了该领域目前存在的问题。本文为利用表面润湿性强化传热提供了较为系统的综述,为强化冷凝传热提供思路。

表面润湿性影响池沸腾传热的研究进展

沸腾传热主要受汽泡产生、成长和脱离的控制,而这些汽泡行为与表面润湿性密切相关,通过改变加热面的润湿性,可在一定程度上调节汽泡在加热面上的发展过程,从而影响沸腾传热。介绍了不同润湿性表面及其对沸腾传热的强化机理和气泡动力学,综述了近年来通过表面润湿改性影响沸腾传热的研究进展,并指明表面润湿性与多尺度结构相结合的沸腾传热的研究新动向,为未来利用润湿性强化沸腾传热提供了一个较为清晰、全面的理论基础。