【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(yīng)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(xué)處理的硬基底上進(jìn)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(shí)驗(yàn)。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(xué)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(gè)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(dāng)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(dǎo)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?fàn)钚巫儗σ旱稳诤系淖璧K,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(yuǎn)遠(yuǎn)低于前兩者。此外,在實(shí)驗(yàn)觀測時(shí)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(dǎo)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(gè)極其迅速的階段:月牙狀液橋的迅速生長和類似橢球冠復(fù)合液滴的形成;以及一個(gè)比較緩慢的階段:復(fù)合液滴從橢球冠回復(fù)成球冠液滴。前兩個(gè)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(gè)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(fù)所用的時(shí)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(fù)過程應(yīng)用流體動力學(xué)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(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(dú)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(dǎo)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(fèi)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(xué)平衡狀態(tài)下成立。事實(shí)上，我們所處的環(huán)境狀態(tài)，通常用對靜止?fàn)顟B(tài)下液滴形貌擬合所得的宏觀接觸角eq 。得三個(gè)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(shí)，一個(gè)宏觀均勻的液體層覆蓋在整個(gè)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(dá)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(dāng)系統(tǒng)平衡時(shí)，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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