冷凝傳熱在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,提高冷凝傳熱效率能夠有效節(jié)約能源資源。冷凝過程中,超疏水表面上的液滴合并彈跳現(xiàn)象使滴狀冷凝的液滴脫離模式突破了依賴重力誘導(dǎo)的局限,極大地加快了表面液滴更新頻率,從而強(qiáng)化傳熱。但液滴合并彈跳發(fā)生的條件比較苛刻,且其合并尺寸、彈跳速度等對最終的液滴脫落具有重大的影響。因此,研究強(qiáng)化液滴合并彈跳的方法對提高傳熱效率具有重要意義�；诖�,本文以凹曲面結(jié)構(gòu)對液滴合并彈跳的影響為研究對象,系統(tǒng)研究了凹曲面曲率與彈跳速度的關(guān)系,并分析了液橋形態(tài)。通過開發(fā)蒸汽冷凝系統(tǒng),對凹曲面陣列表面的冷凝過程展開基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究。具體如下:為了探究凹曲面曲率與不同大小液滴合并彈跳速度的關(guān)系,本研究制備了不同曲率半徑的半圓槽超疏水結(jié)構(gòu),對3種不同大小液滴進(jìn)行等大小液滴合并實(shí)驗(yàn),并對半徑為0.5mm的液滴進(jìn)行了懸空合并實(shí)驗(yàn)。利用高速相機(jī)記錄液滴合并過程,利用圖像的后處理軟件得到液滴的彈跳速度,總結(jié)出曲率與液滴合并彈跳速度的強(qiáng)化關(guān)系。通過懸空合并中液橋半徑的實(shí)驗(yàn)值擬合得到液橋半徑的增長模型,并進(jìn)一步將凹曲面上液滴鋪展長度與液橋半徑的增長模型對比,得到凹曲面上液滴合并過程的液橋形態(tài)特征。開發(fā)了多功能蒸汽冷凝換熱及結(jié)霜過程可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用真空腔室為試樣提供冷凝環(huán)境,通過熱電偶采集傳熱實(shí)驗(yàn)中的溫度數(shù)據(jù),基于Labview的上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)控、顯示、處理和保存。同時,可滿足側(cè)拍、俯拍和仰拍等可視化要求。為了探究凹曲面對冷凝過程的影響,本研究設(shè)計(jì)了凹曲面陣列超疏水表面并進(jìn)行了不同過冷度條件下的冷凝實(shí)驗(yàn),分析了該類型表面的液滴動態(tài)特性與合并彈跳現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)在低過冷度條件下,小曲率半徑的凹曲面陣列對冷凝傳熱具有強(qiáng)化作用,大曲率半徑的凹曲面陣列的作用不明顯;高過冷度時,液滴潤濕態(tài)向Wenzel狀態(tài)轉(zhuǎn)變,液滴合并彈跳現(xiàn)象消失,凹曲面的強(qiáng)化作用完全消失。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK124
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 潤濕狀態(tài)
        1.2.1 基本理論
        1.2.2 潤濕狀態(tài)影響因素
    1.3 滴狀冷凝過程
        1.3.1 控制成核
        1.3.2 液滴生長
        1.3.3 液滴脫離
    1.4 主要研究內(nèi)容
2 凹曲面超疏水表面強(qiáng)化液滴合并彈跳的研究
    2.1 凹曲面超疏水表面樣品制備
    2.2 實(shí)驗(yàn)裝置與方法
    2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    2.4 液滴形態(tài)分析
        2.4.1 懸空合并液滴形態(tài)
        2.4.2 基底表面合并液滴形態(tài)
    2.5 本章小結(jié)
3 多功能蒸汽冷凝及結(jié)霜可視化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)
    3.1 整體設(shè)計(jì)
        3.1.1 系統(tǒng)功能
        3.1.2 約束條件
    3.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
        3.2.1 功能與方案
        3.2.2 結(jié)構(gòu)分析
        3.2.3 溫度控制方案
        3.2.4 不凝氣含量控制方案
        3.2.5 整體布局
    3.3 設(shè)計(jì)與計(jì)算
        3.3.1 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        3.3.2 鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.3.3 溫度數(shù)據(jù)采集及控制
    3.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作說明
    3.5 性能測試
    3.6 本章小結(jié)
4 凹曲面陣列表面的蒸汽冷凝傳熱實(shí)驗(yàn)
    4.1 液滴動態(tài)行為分析
    4.2 傳熱性能
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)原理
        4.2.2 膜狀冷凝
        4.2.3 超疏水表面滴狀冷凝
    4.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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3 張崇峰;自組裝超疏水表面超低壓蒸汽滴狀冷凝的實(shí)驗(yàn)研究[D];大連理工大學(xué);2011年

4 汪明哲;低壓蒸汽滴狀冷凝傳熱的實(shí)驗(yàn)研究[D];大連理工大學(xué);2009年

5 張宇;液固表面自由能差效應(yīng)強(qiáng)化冷凝傳熱的機(jī)理研究[D];大連理工大學(xué);2004年

6 陳曉峰;固液表面自由能差強(qiáng)化蒸汽冷凝傳熱的研究[D];大連理工大學(xué);2002年

本文編號：2839908