【摘要】：相變冷凝傳熱廣泛存在于電站、空調(diào)、電子散熱等工業(yè)領(lǐng)域中,其傳熱的強化有利于這些領(lǐng)域設(shè)備的安全運行。而且,相變冷凝良好的傳熱性能節(jié)約了設(shè)備占用空間,減小了投資成本,對環(huán)境保護(hù)和能源高效利用具有重要意義。眾所周知,相變冷凝傳熱與冷凝表面材料有重要聯(lián)系。從學(xué)術(shù)上看,相變傳熱與材料學(xué)科的交叉,是未來的發(fā)展趨勢。特別是,相變傳熱與仿生功能化多尺度表面的關(guān)聯(lián),在國際上是新的學(xué)科增長點,具有一定的引領(lǐng)作用。動植物界大量存在的不同尺度的微納米結(jié)構(gòu),其所發(fā)生的主要過程是不同的。由于動植物不需像“相變傳熱裝置”那樣傳遞高熱流密度,目前相變傳熱與仿生學(xué)的交叉研究還很少。然而,自然界豐富的多尺度界面現(xiàn)象(非受熱條件),可啟發(fā)我們產(chǎn)生靈感,解決相變傳熱中兩相動力學(xué)過程依賴單一尺度帶來的沖突。因此,本文基于自然界仿生多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)想,構(gòu)造了不同規(guī)格的超親水-疏水組合表面,組合表面上超親水網(wǎng)格線之間間距分別為1.5 mm、2.5 mm、3.5 mm。同時,制備了超親水表面和疏水表面,對超親水表面的液滴鋪展特性和疏水表面的耐高溫特性進(jìn)行了測試,對疏水表面滴狀冷凝液滴的生長合并脫落過程進(jìn)行了分析,并將組合表面的傳熱性能與光滑表面和疏水表面進(jìn)行了對比,使用高速攝影儀對疏水表面和組合表面的蒸汽冷凝過程進(jìn)行了可視化。研究發(fā)現(xiàn),液滴從接觸超親水表面到完全鋪展開來僅歷時短暫的10.5 ms,超親水表面具有良好的的液滴鋪展特性。疏水表面在常壓4小時沸水惡劣環(huán)境下仍能保持疏水特性,具備良好的物理和化學(xué)特性,可以滿足高溫條件下的蒸汽冷凝傳熱。由于超親水-疏水組合表面可以較好地調(diào)控冷凝液滴大小和較快的更新冷凝表面,其冷凝傳熱性能要優(yōu)于光滑表面和疏水表面。在"縏4.3 K時,2.5 mm間距組合表面的傳熱系數(shù)分別是光滑表面和疏水表面的2.2倍和1.6倍。同時,研究還發(fā)現(xiàn),超親水-疏水組合表面中較小網(wǎng)格間距的組合表面可以實現(xiàn)較小的液滴半徑,但不是網(wǎng)格間距越小越好,隨著組合表面網(wǎng)格間距的減小,組合表面上的疏水部分會有暫時的連續(xù)液膜產(chǎn)生,連續(xù)液膜的存在不利于強化傳熱。在三個超親水網(wǎng)格線間距的組合表面中,網(wǎng)格間距為2.5 mm的組合表面?zhèn)鳠嵝阅茏罴选Ｔ?縏=9.0 K時,2.5 mm間距組合表面的傳熱系數(shù)分別是1.5 mm間距組合表面和3.5 mm間距組合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的1.2倍和1.8倍。
【圖文】：

親水性表面和疏水性表面１１１］。為了表征液滴在表面的潤濕程度，特引入接觸角逡逑的概念，接觸角定義為：過固液氣三相交點處，，做氣液界面的切線，該切線與固逡逑液接觸線的夾角，稱為接觸角，通常以＿示（如圖１－２所示）。逡逑ｒ＼逡逑圖丨－２接觸角定義圖逡逑固體表面接觸角體現(xiàn)了三相間表面張力的平衡，通常利用Ｙｏｎｇ’ｓ方程來表逡逑示光滑平整固體表面上的接觸角ｉｌ２］：逡逑２逡逑

圖１邋－３邋Ｗｅｎｚｅｌ模型逡逑具有粗糙度的表面增大了固－液界面的接觸面闡述了表觀接觸角和本征接觸角相互間的穩(wěn)定的熱力學(xué)狀態(tài)，由于表面粗糙引起的勢程所要求的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，Ｃａｓｓｉｅ和Ｂａｘｔｅ，再依據(jù)Ｙｏｎｇ’ｓ方程s綽郟貿(mào)觶媯茫幔螅螅椋澹攏幔悖錚螅埃蟈澹藉澹剩蒎澹悖錚螅叮劐澹澹�，邋ｃａＳz埃參槐砉勖驊追質(zhì)⒘ξ煞鄭菜嫉ノ槐砉鄣謀菊鶻喲ソ�、徏表示液体哉C煞鄭脖礱娑嘀殖煞宙輳汲傻墓?fàn)C灞礱媯乙彩視糜詼啻聳北礱嬗煽掌⒐?fàn)C邐鎦使鉤傘＃茫幔螅螅椋迥

本文編號：2704077