【摘要】：液滴凝結(jié)是自然界中最常見的物理現(xiàn)象之一,被廣泛的應用于環(huán)境除濕、工業(yè)發(fā)電和海水淡化等領(lǐng)域。因基底潤濕性的不同,主要有膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)兩種凝結(jié)模式,后者比前者擁有更好的傳熱能力。為提升凝結(jié)效率,人們在不同材料和經(jīng)過物理、化學處理的硬基底上進行了大量的凝結(jié)研究。然而,卻鮮有軟基底上的液滴凝結(jié)實驗。而且,以往對凝結(jié)的研究主要保持在同一濕度下,不同濕度對凝結(jié)過程的影響還不清楚。此外,在液滴凝結(jié)的過程中,液滴之間的融合對液滴的生長有著重要的影響。對液滴融合動力學的研究可以更好的理解凝結(jié)過程。綜上,本論文的研究內(nèi)容分為三個部分:第一部分,研究了基底硬度對液滴珠狀凝結(jié)的影響。結(jié)果表明:基底越軟,液滴增長速度越快,表面覆蓋率也越大。當表面覆蓋率趨于穩(wěn)定后,尺寸較大的液滴的快速融合以及新產(chǎn)生的小液滴數(shù)目增長,導致表面覆蓋率在較硬的基底上出現(xiàn)多次先下降后上升的振蕩現(xiàn)象;而在軟基底上,因脊狀形變對液滴融合的阻礙,表面覆蓋率的振蕩次數(shù)明顯降低。第二部分,研究了濕度對硬基底上珠狀凝結(jié)的影響。濕度越大,液滴凝結(jié)速度越快,表面覆蓋率也越大。相比于90%濕度,60%濕度下表面覆蓋率的增長速度和穩(wěn)態(tài)值僅略微下降。而在更低的濕度30%下,其值遠遠低于前兩者。此外,在實驗觀測時間內(nèi),表面覆蓋率的振蕩現(xiàn)象僅在低濕度30%下沒有觀察到。這可歸因于低濕度對液滴半徑增長的抑制導致液滴不夠大,在融合后不足以對表面覆蓋率產(chǎn)生明顯的影響。第三部分,研究了不同濕度下基底的潤濕性及硬度對微液滴融合的影響。發(fā)現(xiàn)在液滴融合過程中經(jīng)歷了兩個極其迅速的階段:月牙狀液橋的迅速生長和類似橢球冠復合液滴的形成;以及一個比較緩慢的階段:復合液滴從橢球冠回復成球冠液滴。前兩個階段都發(fā)生在2毫秒內(nèi)且與基底潤濕性與軟硬幾乎沒有關(guān)系,而第三個階段只有在足夠疏水和硬的基底上才能觀察到,并且該階段回復所用的時間因基底性質(zhì)的不同從幾十到幾百毫秒不等。此外,該緩慢回復過程應用流體動力學或蒸發(fā)驅(qū)動接觸線移動的模型都不能很好的解釋,而與分子動理論吻合的比較好。
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O552.6
【圖文】：

中的濕度可以防止其損壞；而在海水淡化中，增濕除濕法是比較高效與環(huán)保的一種重要方法，其中利用蒸汽的冷凝潛熱可以大大提高淡化效率[6]。因基底潤濕性的不同，水蒸氣會在基底上凝結(jié)成一層水膜 (膜狀凝結(jié)) 或獨立分布的液滴 (珠狀凝結(jié))。前者通常發(fā)生在完全潤濕的基底上，而后者則常見于部分潤濕或非潤濕的基底。相對于膜狀凝結(jié)中水膜對熱傳遞的阻礙，珠狀凝結(jié)中液滴之間持續(xù)的融合以及液滴因重力等因素導致的脫落與滑移都會使基底有更多的凝結(jié)空間，因此珠狀凝結(jié)比膜狀凝結(jié)有更高的傳熱效率[7]。除了基底潤濕性，液滴凝結(jié)還與環(huán)境濕度和固體基底的硬度有關(guān)。研究這些因素對液滴凝結(jié)的影響，對于提高工業(yè)效率，減少資源和能源的浪費有著重要的意義。1.2 基本概念與理論1.2.1 表面潤濕性

cosSV SL eq 系統(tǒng)處于熱力學平衡狀態(tài)下成立。事實上，我們所處的環(huán)境狀態(tài)，通常用對靜止狀態(tài)下液滴形貌擬合所得的宏觀接觸角eq 。得三個表面張力，那么不同的潤濕狀態(tài)就可以推得。如果圍為0 180eq ，我們稱該狀態(tài)為部分潤濕。如果SV 于零。此時，一個宏觀均勻的液體層覆蓋在整個固體基底上常我們用穩(wěn)態(tài)鋪展系數(shù)eqS 來表征這兩種狀態(tài)，表達式為 cos 1eq SV SL eqS

圖 1-3 分子動理論描述的動態(tài)潤濕過程[12]當系統(tǒng)平衡時，接觸線移動速度為 0，液體分子頻率0k 為0expB sA B sk T Gk k kh N k T 曼常數(shù)，sT 為絕對溫度， h 為普朗克常數(shù)， G 外力 (如表面張力等) 作用下，液體分子向前和向exp2B sA B s B sk T G wkh N k T nk T k T G w

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