表面分割方式对滴膜共存冷凝传热特性的实验研究

实验研究了滴膜面积比为1：1且滴状区域采用较厚的有机涂层时，垂直管外滴膜共存表面的滴膜区域分割方式对冷凝传热特性的影响。结果表明，在表面分割方式一定时，滴膜共存表面的冷凝传热性能随着表面分割数的增加而增加，但总仍是介于全部表面为滴状冷凝和全表面为膜状冷凝型态之间的传热特性。分析表面分割数分别为2和4的滴膜共存表面的传热结果，发现凝液环的缓冲作用对于滴膜共存表面的冷凝强化传热具有重要作用。滴膜共存表面上滴状冷凝区面积对其下游膜状冷凝传热的影响不仅与滴膜区域的面积比有关，而且实验操作条件也有一定的控制作用，且两者之间存在最佳匹配值，即此时的强化传热效果最好。     

滴膜共存表面强化冷凝传热

<正>滴状冷凝具有很高的传热速率,其冷凝传热系数是膜状冷凝的几倍至几十倍,但是,由于长期维持滴状冷凝表面制备技术的限制,该技术距工业化应用还有一定的距离,在滴状冷凝的研究过程中,经常发现滴膜共存冷凝现象,而且传热系数较普通的膜状冷凝有较大的提高,在以往的实验研究中,往往不能肯定地排除蒸汽中有机杂质的影响,滴膜共存表面的实验研究也间接地证实了蒸汽中是不含有机杂质的,滴膜共存表面也是强化冷凝传热很实用的技术,是滴状冷凝传热过程全面工业化的过渡阶段.所以,研究滴膜共存表面强化冷凝传热的特性具有重要的理论意义和实用价值.Kumagai等报道了在竖平面上垂直分割的滴膜共存表面上冷凝传热的实验.结果表明,当滴状冷凝区和膜状冷凝区的面积比为1:1时,平均热负荷要高于在通常表面上滴状冷凝和膜状冷凝热负荷的算术平均值,而且平均热负荷与表面分割方式和分割数目有关.他们在一种特殊分割形式的表面上得到的最大热负荷高于当全部表面为滴状冷凝时的最大热负荷.     

Filmwise Condensation Heat Transfer Enhancement with Dropwise and Filmwise Coexisting Condensation Surfaces

Six surfaces were prepared with defferent surface division patterns for the experimental investigationof steam condensation heat transfer characteristics for dropwise and filmwise coexisting(DFC)condensationsurfaces under atmospheric pressure Dropwise condensation(DWC)was promoted with an ultrathin polytetrafluoroethylene(PTFE)film,which was prepared by the dynamic ion-beam mixed implantation(DIMI)method.The results showed that the condensation phenomena at the intersection between the dropwise andfilmwise condensation regios were quite different for different relative positions of the dropwise and filmwisecondensation regions.The experimental results revealed that the condensation heat transfer characteristics werehighly influenced by the surface division number and the relative area ratio of the dropwise and filmwise conden-sation regions.The impact of thesc findings on heat transfer enhancement mechanism for condensation heattransfer is discussed in detail.     

滴状冷凝传热机理的研究 (Ⅰ)传热表面的制备及传热性能实验

采用离子注入技术对紫铜表面进行处理,在几种表面上都获得了稳定的滴状冷凝.对各种表面进行了冷凝传热性能实验,并对实验结果进行了分析讨论.     

大气压附近蒸汽温度对滴状冷凝传热的影响

<正>滴状冷凝作为一种高效传热方式,自从被人们发现以来,许多研究者在这一领域作了大量研究工作.早期的研究主要集中在实现滴状冷凝的方法上.随着对滴状冷凝现象认识的加深,人们逐渐加强了对滴状冷凝传热机理的研究,提出了许多观点来解释滴状冷凝高效传热的原因,其中主要有两种假说,一种是液膜破裂假说,另一种是固定成核中心假说.     

限制热阻对珠状凝结换热的影响

应用作者提出的数值模拟模型 ,对不同材料表面珠状凝结换热进行了数值模拟 .计算结果表明 :珠状凝结换热系数随冷凝壁材料导热系数的降低而降低     

Dropwise condensation on L-B film surface

A method of achieving dropwise condensation using Langmuir-Blodgett (L-B) built-up film technology is presented. One and three layers of barium stearate monomolecular film were prepared on the copper plates, and excellent dropwise condensation of steam was formed on the surfaces, respectively. The heat transfer coefficients of dropwise condensation on these treated surfaces are more than 30 times higher than that of filmwise condensation on a bare surface.     

实现滴状冷凝新途径的研究——(Ⅲ)滴状冷凝传热系数的测定和寿命实验

采用直接测温的方法,测定了新表面材料的滴状冷凝传热特性,并同国外滴状冷凝传热研究的结果进行比较.分析讨论了Cu-Cr表面和机械抛光表面传热性能的差异.对Cu-Cr和机械抛光两种表面进行了寿命实验,滴状冷凝现已超过8500小时.     

超薄PTFE表面上滴状冷凝的传热研究

采用离子束动态混合注入技术 ( Dynamic Ion- beam Mixed Implantation)制备了铜基、不锈钢基聚四氟乙烯 ( PTFE)的超薄聚合物薄膜 ,实现了水蒸汽的滴状冷凝。对不同冷凝表面的传热特性进行了试验测定。分析讨论了试验表面制备工艺条件及表面材料导热系数对滴状冷凝传热性能的影响。     

微纳结构超疏水表面参数影响含不凝气蒸汽冷凝传热的理论分析

超疏水表面结构参数对滴状冷凝传热性能、液滴生长和分布均会产生影响。首先利用竖直壁面液滴的受力平衡确定了不凝气条件下蒸汽冷凝过程中液滴的脱落半径,随后建立了含不凝气蒸汽滴状冷凝的传热模型,研究了不同不凝气浓度和过冷度下超疏水表面微柱的柱间距对滴状冷凝传热性能的影响,得到了使超疏水表面冷凝传热性能达到最佳的柱间距值,并对其随不凝气浓度和过冷度的变化规律进行了分析。结果表明在所研究的过冷度范围内,当不凝气浓度较低时（<20%）,最佳柱间距随不凝气浓度升高而增大;而当不凝气浓度高于20%时,最佳柱间距随不凝气浓度升高而减小。为驱动含不凝气蒸汽冷凝传热性能的超疏水微纳结构参数的优化提供了必要的基础数据。     

聚四氟乙烯薄膜表面滴状冷凝传热实验研究

为了探索实现滴状冷凝传热的新表面涂层 ,采用离子束动态混合注入技术制备了紫铜基聚四氟乙烯(PTFE)薄膜 ,显著地提高了水蒸气冷凝传热性能。实验表明 ,该表面涂层能够实现常压水蒸气稳定的滴状冷凝形态 ,在表面过冷度 9.8— 1 4 .2K范围内 ,滴状冷凝传热通量和传热系数比膜状冷凝结果提高 30—47倍。同时发现 ,在大气压附近 ,热通量和冷凝传热系数都随着水蒸气蒸汽温度的增加而增加 ,但表面过冷度随蒸气温度增加呈弱增加趋势     

Ni-P化学镀层表面实现滴状冷凝传热

为了探索能实现滴状冷凝传热的表面制备技术,采用化学镀技术在碳钢表面制备非晶态Ni-P化学镀层,对其冷凝传热性能进行了实验研究。结果表明,Ni-P化学镀层表面常压水蒸气下实现了完全的滴状冷凝传热,表面热通量和传热系数均比膜状冷凝Nusselt理论计算结果提高了3～5倍。同时发现,镀层的非晶态是实现滴状冷凝传热形态的主要原因,经过热处理晶化后,表面形成的是滴膜共存的冷凝传热形态,冷凝传热强化效果显著降低。     

金属基底超疏水表面制备技术发展及滴状冷凝强化传热应用展望

蒸汽冷凝过程在石油化工领域有着广泛的应用,滴状冷凝传热模式相比于传统的膜状冷凝方式其传热系数与传热效率大大提高,可作为节约能源和高效利用资源的重要手段。随着金属基底超疏水表面制备技术的发展,蒸汽滴状冷凝研究的不断深入,为滴状冷凝强化传热在工业上应用提供了理论依据和制备方法。介绍了近年来金属基底超疏水表面制备技术发展,评述各方法的特点,提出滴状冷凝强化传热工业化应用所面临的问题。     

聚合物表面性能对强化冷凝传热的影响

对离子束动态混合注入(DIMI)技术制备的黄铜、紫铜、不锈钢和碳钢管基聚四氟乙烯(PTFE)表面的冷凝传热实验发现,用不同加工条件制备的表面具有不同的化学组成、不均匀的表面状态以及不同的物理化学性质,从而导致不同的冷凝成滴面积和传热性能,而且表面加工条件对滴状冷凝传热的寿命有至关重要的作用,不同基体材料应有不同的最佳制备工艺条件.不同工艺条件下制备黄铜基PTFE表面水蒸气竖直管外冷凝传热通量比相应的膜状冷凝提高0.3-4.6倍,冷凝传热系数提高1.6-28.6倍.实验结果也表明冷凝表面基体材料对冷凝传热性能有一定的影响.     

超薄聚合物表面与滴状冷凝的研究

采用等离子体聚合技术在黄铜管外表面制备了六氟丙烯、六甲基二硅氧烷的超薄聚合物薄膜,实现了水蒸气的滴状冷凝.对不同冷凝表面的传热性能进行了实验测定,并对聚合膜的表面性能进行了测试和估算.分析讨论了聚合工艺条件对滴状冷凝传热及膜与基材粘着性能的影响.     

滴状冷凝强化含不凝气的蒸气冷凝传热机制

为了深入考察滴状冷凝强化混合蒸气冷凝传热传质过程的作用机制,在竖直表面上设计了完全滴状（DWC）、没有液滴向下脱落运动的条形分割滴膜共存（DFC）和膜状（FWC）3种冷凝形态的实验表面。对纯蒸气及含不凝气蒸气的冷凝传热过程进行了分析和实验研究,结果表明纯蒸气滴状冷凝与滴膜共存冷凝传热特性相近;而对含不凝气的冷凝,滴膜共存表面与膜状冷凝表面的传热特性相近;不凝气摩尔分数分别为0.9%、4.8%时,滴状冷凝较其他两种形态下的冷凝传热系数提高了30%～80%。其主要原因是由于混合蒸气冷凝传热阻力主要由气相边界层控制,滴膜共存冷凝并没有使气相的扩散传质过程得到强化,而完全滴状冷凝与设计的滴膜共存冷凝的区别在于后者仅存在小液滴的合并运动而没有大液滴向下脱落和对表面冲刷过程。根据二者实验结果的分析,认为滴状冷凝的大液滴脱落运动是影响气相传质的主要因素,大液滴脱落过程对气相边界层的扰动和剪切作用强化了气液界面传热传质特性。     

组合表面调控液滴特性强化蒸汽冷凝传热

制备了具有不同疏水区宽度和面积分率的疏水-亲水间隔规则排列的组合表面。观测常压蒸汽在组合表面上冷凝时疏水区液滴的特性(液滴移除方式和最大液滴半径),利用格子Boltzmann方法模拟组合表面上凝液的运动。考察疏水区、亲水区宽度和表面过冷度对组合表面强化蒸汽冷凝传热的影响。利用滴状-膜状组合传热模型分析组合表面蒸汽冷凝传热性能的影响因素,并与实验结果比较。发现疏水区液滴自发地向亲水区定向迁移,精细设计的组合表面可以实现蒸汽滴状冷凝传热的强化,实验中强化因子可达1.20。疏水区宽度约为0.55 mm时组合表面的传热性能最大。表面过冷度越大,组合表面强化传热的效果越差,模型分析与实验结果吻合良好。     

在复合镀层表面上实现滴状冷凝传热的研究

研究了采用Ｎｉ－ＰＴＦＥ复合镀层表面实现水蒸气滴状冷凝的新方法。在对Ｎｉ－ＰＴＦＥ复合电镀工艺研究的基础上，进行了水蒸气在无镀层的黄铜板表面和有复合镀层表面的冷凝传热的对比实验。实验结果表明，在Ｎｉ－ＰＴＦＥ复合镀层表面上可实现水蒸气的滴状冷凝，有着显著的强化冷凝换热效果。     

过渡状态冷凝传热模型

引入沟流级别的概念解释过渡状冷凝形态的形成特征,并在此基础上,将过渡状冷凝传热表示为通过滴状区与沟流区上的传热之和,建立了反映界面效应影响的过渡状冷凝传热模型.设计了人工形成沟流形态的冷凝表面,其实验结果与模型计算结果吻合;模型计算也与实际自然形成沟流冷凝形态的传热过程吻合.模型对滴状区的传热计算,以液滴分布时间序列构象模型为基础,并将滴状区最大液滴与沟流级别相关联,得到与界面效应相关的滴状区传热模型;沟流区传热计算,以在一定厚度液膜上的冷凝传热模型为基础,并根据沟流形态模型,求出液膜厚度与沟流区所占面积分率.模型描述了过渡状冷凝形态形成特征以及过渡状冷凝传热系数随表面自由能差渐进变化的规律.     

引入接触角的滴状冷凝分形传热功当量模型

以Rose模型为基础,引入接触角因素建立单个液滴传热模型,基于液滴在冷凝表面的分形分布特性,考虑接触角对分形维数的影响建立液滴分布函数,进而建立不同接触角表面通用传热模型.采用不同液滴分布模型分别计算求得通过冷凝生长的液滴的分布函数f(r)以及通过合并生长的液滴的分布函数F(r),并将总冷凝传热表示为上述两种方式生长液...