本文選題：強化滴狀冷凝傳熱　切入點：氫氧化銅納米針陣列　出處：《河北工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：冷凝是自然界中常見的一種相變現(xiàn)象,在包括發(fā)電、熱處理、海水淡化、環(huán)境保護等工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。在過去的80年,研究者一直致力于在金屬表面構(gòu)筑穩(wěn)定的滴狀冷凝界面,使冷凝液滴長到毛細尺寸后在重力作用下能夠離開界面,從而有效地提高界面的傳熱性能。最近的研究表明:通過構(gòu)筑合適的超疏水界面可以有效地加快液滴的移動速率,甚至能使冷凝微液滴依靠融合釋放的能量就能自驅(qū)動彈離界面,并且理論研究也證實該界面能夠極大地提升冷凝傳熱性能。在本論文中我們通過在銅基表面構(gòu)筑氫氧化銅納米針陣列并經(jīng)過低表面能化學(xué)修飾后,得到具有冷凝微液滴自驅(qū)離性能的納米界面,并且在蒸汽工況下證實該表面具有強化冷凝傳熱的性能。具體研究內(nèi)容及結(jié)果如下:使用電沉積法在銅試樣上構(gòu)筑納米針陣列狀的結(jié)構(gòu),通過調(diào)控反應(yīng)條件以及表面疏水化處理,得到具有超疏水性能的界面。并在大氣環(huán)境下對其表面微液滴的自驅(qū)離行為進行表征。其次,我們對氫氧化銅納米針陣列表面進行低溫傳熱性能研究,結(jié)果表明:納米針陣列結(jié)構(gòu)的熱通量平均為同樣處理的光滑界面的3倍左右,而傳熱系數(shù)則高達5倍左右。此外,在低溫蒸汽的工況下,使用高倍高分辨率的CCD觀察液滴在氫氧化銅納米針陣列結(jié)構(gòu)界面的動態(tài)行為;并系統(tǒng)研究了隨著過冷度的增加液滴行為的變化,發(fā)現(xiàn)液滴在界面上的自驅(qū)動(彈離)模式需要在較低的飽和度(S1.12)以及較低的過冷度(△T2K)下才能發(fā)生。最后,我們系統(tǒng)研究了在不同過冷度下氫氧化銅納米針陣列結(jié)構(gòu)界面的冷凝傳熱,發(fā)現(xiàn)隨著過冷度的提高,傳熱系數(shù)表現(xiàn)出先上升后下降的特點,并且結(jié)合高速高分辨CCD捕捉的冷凝現(xiàn)象發(fā)現(xiàn):在自驅(qū)動模式下,樣品表面的傳熱系數(shù)最高,傳熱效果最好。綜上,本論文的研究表明了氫氧化銅納米針陣列界面具有微尺度冷凝液滴自驅(qū)離性能,并且在蒸汽工況下具有優(yōu)秀的冷凝傳熱性能。上述研究不僅為開發(fā)新型冷凝強化傳熱提供了新方向,也為金屬材料冷凝傳熱性能的開發(fā)提供新的思路。
[Abstract]:Condensation, a common phase change phenomenon in nature, has been widely used in industries such as power generation, heat treatment, seawater desalination, environmental protection, and so on. Researchers have been working to build stable dripping condensate interfaces on metal surfaces that allow droplets to grow to the size of their capillaries and get out of the interface by gravity. Recent studies have shown that by constructing suitable superhydrophobic interfaces, the droplet moving rate can be effectively accelerated. Even the condensing microdroplets can self-drive the interface, depending on the energy released from the fusion. The theoretical study also proves that the interface can greatly improve the heat transfer performance of condensation. In this thesis, we have constructed copper hydroxide nanoscale arrays on the surface of copper and chemically modified with low surface energy. Nanocrystalline interface with condensing microdroplet self-displacing property was obtained. It is proved that the surface has the property of enhancing condensation heat transfer under the condition of steam. The specific research contents and results are as follows: the nano-needle array structure is constructed on copper sample by electrodeposition method. The superhydrophobic interface was obtained by controlling the reaction conditions and surface hydrophobic treatment. The self-expulsion behavior of micro-droplets on the surface was characterized under atmospheric conditions. The low temperature heat transfer properties of copper hydroxide nanoscale arrays are studied. The results show that the average heat flux of the nanocrystalline needle arrays is about 3 times of that of the smooth interface treated by the same treatment, while the heat transfer coefficient is about 5 times. Under the condition of low temperature steam, the dynamic behavior of droplets at the interface of copper hydroxide nanoscale array was observed by high power and high resolution CCD, and the change of droplet behavior with the increase of undercooling was systematically studied. It is found that the self-driving (ejection) mode of droplets at the interface requires a lower saturation (S1.12) and a lower undercooling (T2K). Finally, The condensation heat transfer at the interface of copper hydroxide nanoscale needle arrays with different undercooling is studied systematically. It is found that with the increase of supercooling, the heat transfer coefficient increases first and then decreases. Combined with the condensation phenomenon captured by high speed and high resolution CCD, it is found that the surface heat transfer coefficient of the sample is the highest and the heat transfer effect is the best in the self-driving mode. The results show that the interface of copper hydroxide nanocrystalline needle array has micro-scale condensing droplet self-driving property. This study not only provides a new direction for the development of new condensing enhanced heat transfer, but also provides a new way of thinking for the development of condensation heat transfer performance of metal materials.
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG178;TB301

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本文編號：1648645