本文關鍵詞：基于納米陣列的非均勻潤濕性表面構(gòu)建及其結(jié)露和結(jié)霜特性研究

  更多相關文章： 納米陣列 可控構(gòu)建 潤濕性 結(jié)露 結(jié)霜

【摘要】：結(jié)露和結(jié)霜是各種低溫、制冷設備或系統(tǒng)中冷表面常見的相變傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象。多數(shù)情況下,結(jié)露、結(jié)霜不僅消耗能量,而且還會增大傳熱面熱阻,降低傳熱效率,甚至造成系統(tǒng)堵塞,嚴重影響著設備的工作效率和運行安全。以最耗能家電空調(diào)為例,夏季制冷和除濕時室內(nèi)機蒸發(fā)器翅片表面結(jié)露,冬季制熱時室外機冷凝器翅片表面結(jié)霜,是高能耗的主要原因之一。翅片表面露和霜更有效的脫附技術,一直是空調(diào)行業(yè)亟待解決的問題之一,同時也是冷凝傳熱、低溫多效海水淡化、空氣源熱泵等領域關注的研究熱點之一。在超疏水表面研究的基礎上,本論文結(jié)合超親水表面的特點,開展基于納米陣列的非均勻超浸潤性表面構(gòu)建技術研究,并深入分析該表面的結(jié)露和結(jié)霜特性,旨在實現(xiàn)露和霜的有效控制和高效脫附。主要研究內(nèi)容如下：首先利用溶液合成ZnO法,在近室溫水浴條件中,在銅片、玻璃、PET聚合物等表面構(gòu)建了高規(guī)整度的透明ZnO納米陣列,氟硅烷修飾改性后都達到了低黏附超疏水態(tài),接觸角150°,滾動角4°。研究了晶種層溶膠濃度和液相生長時間對納米陣列結(jié)構(gòu)尺寸、潤濕性和透明性的影響,發(fā)現(xiàn)晶種層溶膠的濃度會影響ZnO納米棒之間的距離,液相生長時間會影響ZnO納米棒的直徑,從而影響樣品的透明性。當晶種層溶膠濃度0.1 M,水浴生長時間0.5 h時,ZnO納米棒平均高度750nm,納米棒的平均直徑60nm,平均間距60mn,可見光平均透過率達95%,接觸角為153.7°,滾動角為2.7°,顯示出高透明性和優(yōu)異的超疏水性。隨后,以銅片表面超疏水納米陣列為基底,利用模板選區(qū)光催化分解技術,構(gòu)建了陣列超親水微區(qū),獲得同時具有納米超疏水區(qū)和超親水區(qū)的非均勻潤濕性表面。研究表明,超親水區(qū)的幾何特征對非均勻潤濕性表面結(jié)露過程有顯著影響。與單一超疏水表面相比,非均勻潤濕性表面超疏水區(qū)具有明顯的滴狀冷凝特點,而超親水區(qū)則顯示出膜狀冷凝的特點,顯著提高了表面的結(jié)露量,且隨超親水區(qū)占比增大而增加。具有圓形超親水區(qū)非均勻潤濕性表面的結(jié)露量為超疏水表面的2倍以上,楔形超親水區(qū)非均勻潤濕性表面的結(jié)露量則進一步提高,比圓形區(qū)表面增加了70%以上�？梢�,非均勻潤濕性表面既具有超疏水表面滴狀冷凝特性,也具有超親水表面膜狀冷凝特點。通過后續(xù)的超親水區(qū)幾何尺寸優(yōu)化研究,有望實現(xiàn)露滴的高形核率和高脫附率,從而提高表面的傳熱效率。與結(jié)露行為類似,非均勻潤濕性表面結(jié)霜時,超親水區(qū)占比越大,結(jié)霜量越大,霜高越高,且超親水區(qū)的楔形幾何特征可進一步促進結(jié)霜。融霜試驗結(jié)果表明,圓形超親水區(qū)非均潤潤濕性表面水滴殘留量大于超疏水表面,但小于原始銅片親水表面。結(jié)霜量越大的表面,殘留水量也越大。與之相比,楔形超親水區(qū)非均潤潤濕性表面融霜殘留水量和殘留水覆蓋率均較小,顯示出較好的脫附特性。分析認為,非均勻潤濕性表面綜合了超疏水表面和超親水表面的優(yōu)勢,不但具有納米超疏水表面露和霜易脫附的特性,而且具有超親水表面露和霜高效形核特征,有利于進一步提高傳熱特性特性。同時,利用楔形幾何對該區(qū)域液體產(chǎn)生的拉普拉斯壓差,使得露和霜超楔形底部快速遷移,從而進一步促進了露和霜的形成,并增加了露和霜的脫附效率�？梢钥闯�,本論文通過納米超疏水表面的可控構(gòu)建技術和局部微區(qū)選擇性改變技術研究,構(gòu)建的具有超疏水/超親水特性的非均勻潤濕性表面,顯著提升了結(jié)露和融霜速度,并通過楔形幾何構(gòu)建促進了超親水區(qū)露和霜的脫附。上述研究不僅能為仿生納米技術用于解決低溫、制冷領域的傳統(tǒng)問題奠定基礎,推動行業(yè)節(jié)能降耗技術進步,同時為開發(fā)高效傳熱表面提供新思路,具有重要的科學意義和學術價值。
【關鍵詞】：納米陣列 可控構(gòu)建 潤濕性 結(jié)露 結(jié)霜
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TK124
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 冷凝結(jié)露和結(jié)霜現(xiàn)象11-12
• 1.2 結(jié)露和結(jié)霜的控制技術研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 結(jié)露現(xiàn)象控制技術的研究現(xiàn)狀13
• 1.2.2 結(jié)霜現(xiàn)象控制技術的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 超浸潤性表面的冷凝結(jié)露和結(jié)霜特性14-17
• 1.3.1 潤濕理論14-16
• 1.3.2 冷凝結(jié)露特性16
• 1.3.3 結(jié)霜特性16-17
• 1.4 超疏水表面用于抗露防霜時存在的主要問題17-18
• 1.5 非均勻潤濕性表面的現(xiàn)狀18-19
• 1.6 研究目的及研究內(nèi)容19-21
• 1.6.1 研究目的19
• 1.6.2 研究內(nèi)容19-21
• 第二章 工藝路線以及研究方法21-30
• 2.1 工藝路線21-22
• 2.2 實驗材料與儀器22-23
• 2.2.1 試驗材料22
• 2.2.2 試驗儀器22-23
• 2.3 納米結(jié)構(gòu)陣列的可控構(gòu)建方法23-26
• 2.3.1 金屬銅表面納米結(jié)構(gòu)的制備24-26
• 2.3.2 透明玻璃表面納米結(jié)構(gòu)的制備26
• 2.3.3 聚合物表面納米結(jié)構(gòu)的制備26
• 2.4 表面化學組成的可控構(gòu)建26-27
• 2.5 表面特征的表征與測試27-28
• 2.5.1 形貌、成分以及物相表征27
• 2.5.2 潤濕特性測試27
• 2.5.3 透光率的測定27-28
• 2.6 冷凝結(jié)露實驗以及統(tǒng)計方法28
• 2.7 結(jié)霜實驗以及統(tǒng)計方法28-30
• 2.7.1 霜層厚度測量28-29
• 2.7.2 霜晶覆蓋速率29
• 2.7.3 融霜試驗29-30
• 第三章 不同基材ZnO納米結(jié)構(gòu)的可控構(gòu)建及其透明性與潤濕性研究30-44
• 3.1 金屬銅表面納米結(jié)構(gòu)的制備以及性能表征30-31
• 3.2 非金屬基底表面納米結(jié)構(gòu)的制備以及性能表征31-36
• 3.2.1 蓋玻片表面ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備以及性能表征32-33
• 3.2.2 載玻片表面ZnO納米結(jié)構(gòu)的的制備以及性能表征33-35
• 3.2.3 PET片表面ZnO納米結(jié)構(gòu)的的制備35-36
• 3.3 FTO玻璃表面ZnO納米結(jié)構(gòu)的制備及調(diào)控36-43
• 3.3.1 晶種層濃度和生長時間對結(jié)構(gòu)的影響36-37
• 3.3.2 晶種層濃度和生長時間對結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的影響37-41
• 3.3.3 晶種層濃度和生長時間對潤濕性和透明性的影響41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 基于納米陣列的非均勻超浸潤表面構(gòu)建及其結(jié)露特性研究44-68
• 4.1 超疏水-超親水圓點陣列非均勻超浸潤表面構(gòu)建44-46
• 4.2 各類超浸潤表面冷凝結(jié)露特性46-57
• 4.2.1 浸潤性的影響46-51
• 4.2.2 圓點陣列圖案的影響51-57
• 4.3 超疏水超親水楔形陣列非均勻超浸潤表面構(gòu)建57-58
• 4.4 楔形陣列圖案的影響58-63
• 4.5 優(yōu)化的楔形陣列影響63-65
• 4.6 凝露機理分析65-67
• 4.7 本章小結(jié)67-68
• 第五章 基于納米陣列的非均勻超浸潤表面結(jié)霜特性研究68-89
• 5.1 各類超浸潤表面冷凝結(jié)霜特性68-81
• 5.1.1 浸潤性的影響68-71
• 5.1.2 圓點陣列圖案的影響71-75
• 5.1.3 楔形陣列圖案的影響75-81
• 5.2 各類超浸潤表面融霜特性81-86
• 5.2.1 浸潤性的影響81-82
• 5.2.2 圓點陣列圖案的影響82-83
• 5.2.3 楔形陣列圖案的影響83-85
• 5.2.4 優(yōu)化的楔形陣列圖案的影響85-86
• 5.3 結(jié)霜機理分析86-87
• 5.4 本章小結(jié)87-89
• 第六章 結(jié)論與展望89-91
• 致謝91-92
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及其成果92-93
• 參考文獻93-97

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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4 張友法;余新泉;周荃卉;李康寧;;超疏水鋼表面的制備及其抗結(jié)霜性能[J];東南大學學報(自然科學版);2010年06期

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7 劉清江,韓學廷,劉中良,王洪燕;憎水表面抑制結(jié)霜的研究[J];流體機械;2004年04期

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本文編號：803174