蒸汽冷凝初始液滴形成机理研究

蒸汽在过冷表面进行滴状冷凝时的初始液滴形成机理一直是悬而未决的问题.应用电子探针和扫描电镜两种方法对水蒸气冷凝前后镁表面上化学成分的变化进行了检测,发现冷凝后镁表面上氧含量明显增加,而且随着过冷度和冷凝时间的增加而增加.为了深入分析氧含量的增加是整个表面都反应造成的还是仅局部反应导致的,建立了镁与凝液反应的动力学关系,并推算出初始液滴所占面积分率远小于1的结果.同时电子探针的扫描检测结果证明氧元素在镁表面上的分布是不均匀的,凝液所占面积分率的图像处理结果与动力学计算结果相吻合.因此,初始形成的冷凝液仅在表面的局部区域产生,不是以薄液膜的形式覆盖表面,即滴状冷凝初始液滴的形成机理在纳米尺度下符合固定成核中心假说.

表面形貌对初始滴状冷凝的影响

鉴于镁能与热水(冷凝液)反应,反应后镁表面的化学成分将发生变化,初始冷凝液核的形态将被保留在镁表面上,所以本实验采用金属镁作为冷凝表面。同时为了研究冷凝表面微观形貌同滴状冷凝之间的关系,在相近的冷凝条件下,选取不同磁控溅射条件下制备的镁膜作为冷凝表面,采用分形理论对镁表面冷凝前表面形貌的复杂程度进行量化研究,运用差分计盒维数法计算镁表面冷凝前表面形貌的分形维数。结果表明冷凝试件的表面形貌特征对初始滴状冷凝的液核数有较大影响,其分形维数不同,冷凝后镁表面初始液核数也不同。在实验的基础上,建立了能够反映表面分形维数对成核中心密度影响的定量关系式。