本文關鍵詞：疏水表面蒸汽滴狀凝結傳熱的實驗研究

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【摘要】：蒸汽凝結傳熱過程在石油、化工、航天、動力及制冷空調(diào)等領域都有廣泛的應用,其換熱性能的強化對節(jié)約能源、節(jié)省原材料及工程費用等方面具有重要意義。滴狀凝結傳熱由于具有較膜狀凝結高出數(shù)倍乃至數(shù)十倍的傳熱系數(shù),受到學術界和工程應用領域的廣泛關注。在當今世界能源日益緊張的情況下,如何對凝結表面進行改性使其能夠長時間維持滴狀凝結,成為眾多學者們深入研究的熱點問題之一。本文在搭建了可視化凝結傳熱實驗臺的基礎上,通過實驗對兩種不同表面上的凝結傳熱性能、液滴動態(tài)特性進行了研究。利用分子自組裝膜技術在紫銅表面上制備了銅基十八烷基硫醇光滑疏水表面以及輥壓轉(zhuǎn)移技術在同一種紫銅表面上制備了銅基單層石墨烯表面。采用自行編制的接觸角測量程序測量去離子水在兩種表面上的接觸角,凝結實驗前十八烷基硫醇分子自組裝膜的靜態(tài)接觸角為108.5。,單層石墨烯膜表面的靜態(tài)接觸角為89.70。采用Visual Basice語言編制了程序?qū)OSE滴狀凝結模型進行計算,由計算結果可以對比出與Rose本人的計算值與其實驗值相符。分析計算了在不同過冷度(0.5-20K)和不同壓力條件(5、10、20、30、40、50、60、80及101 kPa)下,光滑疏水表面的傳熱通量及傳熱系數(shù)的變化趨勢：在相同的實驗條件下,在同一過冷度下,系統(tǒng)壓力越高,傳熱通量與傳熱系數(shù)也越大。同一實驗條件,同一·蒸汽壓力下,傳熱通量隨過冷度的增大而提高,傳熱系數(shù)隨過冷度的增大而下降,且隨著過冷度的增大,傳熱系數(shù)下降的趨勢逐漸緩慢。這主要是因為當蒸汽壓力較高時,實驗系統(tǒng)中單位體積的蒸汽量較多,參與凝結的蒸汽量充足；且壓力高時,凝結液滴與蒸氣之間的氣一液界面熱阻也相應較小,傳熱性能較好。實驗研究了在系統(tǒng)壓力為40 kPa、過冷度為1-26 K、冷卻水流量為11/min的條件下,水蒸汽在兩種表面上的凝結傳熱特性。結果表明,兩個表面上的凝結傳熱通量和凝結換熱系數(shù)隨過冷度的變化表現(xiàn)出相同的趨勢,傳熱通量隨著過冷度的增大而增大,傳熱系數(shù)則隨著過冷度的增大而下降。由實驗中高速攝像拍攝到的表面狀況可知,水蒸汽在銅基十八烷基硫醇分子自組裝膜表面上形成滴狀凝結,在銅基單層石墨烯膜表面上的凝結形態(tài)則呈現(xiàn)滴膜共存狀態(tài),且水蒸汽在石墨烯表面上凝結時凝結液滴接觸角滯后效應非常明顯,接觸角較小。因此在相同的實驗條件下,十八烷基硫醇光滑疏水表面的傳熱通量是單層石墨烯表面?zhèn)鳠嵬康?.6倍,且在過冷度較小(小于2K)的情況下,疏水表面的傳熱通量可達石墨烯表面?zhèn)鳠嵬康?-3倍。
【關鍵詞】：凝結傳熱 滴狀凝結 實驗研究 自組裝膜 石墨烯
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 主要符號表7-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 膜狀凝結和滴狀凝結10-12
• 1.1.1 膜狀凝結和滴狀凝結的判據(jù)10-11
• 1.1.2 膜狀凝結11-12
• 1.2 滴狀凝結的微觀機理及傳熱模型12-15
• 1.2.1 液滴的形成12-13
• 1.2.2 液滴的生長、合并與脫落13-14
• 1.2.3 液滴的尺寸分布函數(shù)14-15
• 1.2.4 滴狀凝結的傳熱模型15
• 1.3 滴狀凝結的實現(xiàn)方法及影響因素15-17
• 1.3.1 滴狀凝結的實現(xiàn)方法15-16
• 1.3.2 影響滴狀凝結的主要因素16-17
• 1.4 研究思路及內(nèi)容17-18
• 第二章 豎直圓形壁面上滴狀凝結傳熱的可視化實驗18-29
• 2.1 實驗裝置與實驗步驟18-24
• 2.1.1 實驗裝置18-21
• 2.1.2 數(shù)據(jù)測量與采集系統(tǒng)21-23
• 2.1.3 實驗步驟23-24
• 2.2 實驗系統(tǒng)穩(wěn)定性分析24
• 2.3 傳熱數(shù)據(jù)處理方法及誤差分析24-28
• 2.3.1 傳熱數(shù)據(jù)處理方法24-26
• 2.3.2 誤差分析26-28
• 2.4 本章小結28-29
• 第三章 疏水表面的基本理論及制備29-38
• 3.1 超疏水表面的基礎理論29-33
• 3.1.1 理想表面的靜態(tài)接觸角29
• 3.1.2 Wenzel模型及Cassie模型29-31
• 3.1.3 接觸角滯后效應31-32
• 3.1.4 滾動角32-33
• 3.2 疏水表面的制備及表征33-37
• 3.2.1 十八烷基硫醇分子自組裝膜表面的制備及表征33-35
• 3.2.2 石墨烯表面的制備及表征35-37
• 3.3 本章小結37-38
• 第四章 滴狀凝結傳熱模型分析及模擬38-45
• 4.1 ROSE滴狀凝結傳熱模型38-39
• 4.2 傳熱模型計算軟件編制簡介39-42
• 4.2.1 物性參數(shù)的計算39-40
• 4.2.2 程序說明40-42
• 4.3 計算結果討論42-44
• 4.3.1 不同壓力條件下的熱流密度42-43
• 4.3.2 不同壓力條件下的傳熱系數(shù)43-44
• 4.4 本章小結44-45
• 第五章 兩種表面的水蒸汽凝結特性45-51
• 5.1 銅基十八烷基硫醇疏水表面水蒸汽凝結特性45-47
• 5.1.1 銅基十八烷基硫醇疏水表面的凝結傳熱通量45
• 5.1.2 銅基十八烷基硫醇疏水表面的凝結換熱系數(shù)45-46
• 5.1.3 銅基十八烷基硫醇疏水表面的液滴動態(tài)特性46-47
• 5.2 銅基單層石墨烯表面水蒸汽凝結特性47-49
• 5.2.1 銅基單層石墨烯表面的凝結傳熱通量47-48
• 5.2.2 銅基單層石墨烯表面的凝結換熱系數(shù)48-49
• 5.2.3 銅基單層石墨烯表面的凝結特性49
• 5.3 兩種表面在同一實驗條件下的凝結傳熱性能對比49-50
• 5.4 本章小結50-51
• 第六章 結論與展望51-53
• 6.1 論文的主要研究結論51
• 6.2 工作展望51-53
• 致謝53-54
• 參考文獻54-58
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文成果58

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本文編號：583763