【摘要】：滴狀冷凝過程的高效換熱性能已被廣泛認知,在制冷工業(yè)、石油化工、航空航海等領域有重要應用。液滴運動是滴狀冷凝過程最重要的特征和控制因素,傳熱性能受液滴特性,特別是液滴的形態(tài)、尺寸及動態(tài)過程等影響顯著。而液滴特性受冷凝表面的潤濕性、傾斜角度、不凝氣含量等因素的影響。當冷凝表面傾斜時,液滴的接觸角會在三相接觸線處改變,因此深入認識傾斜角度對冷凝液滴特性的調(diào)控作用,對探究傳熱機理和研發(fā)先進技術有重要意義。本文制備完全疏水、完全超疏水表面銅管,以及設計優(yōu)化可變傾角實驗臺,考察不同表面潤濕特性,及傾斜角度對含有大量不凝氣的混合蒸氣冷凝過程的影響規(guī)律。以此為基礎設計疏水-超疏水組合表面,探究組合表面對混合蒸氣冷凝過程的調(diào)控作用。首先研究不凝氣含量,傾斜角度,以及潤濕性對液滴特性的影響。通過可視化研究發(fā)現(xiàn),關于液滴的接觸角滯后,疏水表面環(huán)隙管上冷凝液滴的接觸角滯后隨不凝氣含量的增加而增加,超疏水表面的接觸角滯后隨不凝氣含量的增加而減小。兩種表面傾斜時的接觸角滯后大于豎直時,且位于銅管上部的液滴接觸角滯后現(xiàn)象沒有銅管下部液滴明顯；關于液滴臨界脫落半徑,疏水表面的臨界半徑隨不凝氣含量的增加而變大,超疏水表面臨界半徑隨不凝氣含量的增加而減少。傾斜角度對液滴的臨界半徑也存在影響,增大與豎直方向的夾角液滴的臨界半徑變大。組合表面疏水區(qū)域的脫落半徑大于超疏水區(qū)域,疏水區(qū)域不凝氣含量和傾斜角度對脫落半徑無明顯影響,超疏水區(qū)域液滴脫落半徑與完全超疏水表面的規(guī)律相同。關于液滴的動態(tài)特性及組合表面調(diào)控作用的研究表明：凝液沖刷時,完全疏水和完全超疏水表面的液滴會向豎直向下的方向沿著管壁進行沖刷。傾斜角度增大時,組合表面對冷凝液滴的脫落軌跡有明顯的調(diào)控作用,使液滴偏離重力方向沿著疏水環(huán)向下沖刷；不凝氣為60%時,完全超疏水表面及組合表面的超疏水區(qū)域在每種傾斜角度時,均觀察到液滴彈跳現(xiàn)象；疏水-超疏水組合表面,在不凝氣含量30%、45%時超疏水區(qū)域?qū)κ杷畢^(qū)域液滴具有“抽吸”作用,不凝氣含量60%時,超疏水區(qū)域液滴處于Cassie模式,向疏水區(qū)域定向遷移,說明不凝氣含量影響表面潤濕模式。實驗研究了不凝性氣體含量,傾角,界面作用等因素對傳熱性能的影響。結果表明：不凝氣是影響混合蒸氣冷凝傳熱性能最主要的因素。不凝氣含量為30%時,疏水表面的傳熱效率高于超疏水表面。其中,豎直管傳熱性能最佳,與豎直方向夾角60°時傳熱性能最低。對于組合表面,傾斜角度60°的傳熱性能優(yōu)于30°與45°,因為600時液滴受界面作用的調(diào)控明顯,達到傳熱強化的效果。表明組合表面對有傾斜角度的混合蒸氣冷凝過程具有一定的調(diào)控作用,為傾斜混合蒸氣換熱器的設計提供了新思路。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ026.2

【參考文獻】

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2 蘭忠,馬學虎,張宇,周興東,陳嘉賓;引入液固界面效應的滴狀冷凝傳熱模型[J];化工學報;2005年09期

3 岳丹婷,舒宏紀;重力場中豎壁上水滴界面形狀熱力學平衡的穩(wěn)定性分析[J];工程熱物理學報;1999年01期

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本文編號：2733939