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。     

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。     

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。     

基于滴膜共存理论热虹吸管冷凝段传热模型

引入滴膜共存冷凝传热理论分析管内存在滴状冷凝的热虹吸管冷凝段传热,将热虹吸管冷凝段传热表示为滴状区和膜状区传热之和建立传热模型。滴状区,以Rose冷凝传热模型计算单个液滴的传热,基于随机分形理论建立了液滴的空间和尺度分布函数,进而求解整个滴状区的热通量。膜状区,根据Nusselt竖壁层流膜状凝结理论进行热通量的计算。通过沟流级别计算滴状区和膜状区的面积比率,从而建立滴膜共存冷凝传热模型。传热模型计算结果与实验结果较为吻合,能够反应热管冷凝段传热本质。     

分割表面对蒸汽滴状冷凝传热特性的影响

实验测定了相同操作条件下涂层表面1:1分割前后水蒸汽冷凝传热通量与表面过冷度的关系,对分割表面上滴膜共存冷凝进行了研究,结果表明,分割表面上滴膜共存时的热通量比全部为滴状和膜状冷凝表面热通量的平均值大,且其差值随处理表面上接触角的增大而增大. 从固液界面效应的角度对该现象进行了分析,并解释了其原因.     

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。     

滴状冷凝强化传热管制备及性能研究

采用涂覆-热处理法制备了二甲基硅油膜、硅橡胶膜、纳米白炭黑-硅橡胶膜滴状冷凝强化传热管。研究了二甲基硅油、107硅橡胶、纳米Si O2在铸膜液中浓度对热通量、总传热系数、冷凝传热系数及表面传热温差等的影响,并用傅里叶红外光谱和接触角对本实验所制备的传热管表面进行了分析。结果表明:实验所制得的4种类型的传热管均可以实现滴状冷凝现象;与相应的膜状冷凝相比,纳米白炭黑-硅橡胶膜的冷凝传热系数提高了3.1~3.3倍,传热效果最好;二甲基硅油膜强化传热管的传热效果次之,与相应的膜状冷凝相比,其冷凝传热系数提高了1.9~2.1倍;两种膜的表面温差分别约为相应膜状冷凝的1.3~1.4倍和1.2~1.3倍。     

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     

纳米白炭黑-硅橡胶膜强化传热管制备及性能

实验采用涂覆-热处理法制备了纳米白炭黑-硅橡胶膜(SiO2-PDMS)滴状冷凝强化传热管,研究了纳米SiO2在铸膜液中质量分数及热处理温度对热通量和冷凝传热系数的影响;同时对纳米白炭黑-硅橡胶膜(SiO2-PDMS)滴状冷凝强化传热管表面进行了SEM,FT-IR及接触角分析。实验结果表明:实验所制传热管均实现滴状冷凝现象;纳米SiO2在铸膜液中质量分数影响传热管传热性能,随纳米SiO2质量分数增加,表面水接触角增加,其中纳米SiO2质量分数为0.1%时,传热管表面水接触角可达125.85°,其冷凝传热系数比相应的膜状冷凝提高了3.1—3.3倍,热通量是相应膜状冷凝的1.42—1.44倍;热处理温度为265℃时,传热效果最好。     

表面自由能差对乙醇-水混合蒸气冷凝传热特征的影响

实验研究了常压下不同浓度的乙醇-水混合蒸气的冷凝传热过程.发现在不同的乙醇含量和过冷度条件下,冷凝形态呈现膜状、过渡态和滴状的变化.相应传热系数也发生变化.基于该冷凝过程实质为薄液膜表面上的冷凝过程,以及蒸气冷凝传热系数随表面自由能差渐进变化的机理,首先确定了其表面自由能差为液-液表面自由能差,并以此解释了乙醇-水混合蒸气冷凝过程传热特性的变化规律.研究表明,随着冷凝液与薄液膜二者的表面自由能差的增大,冷凝传热系数逐渐增大,并且冷凝形态发生变化,当表面自由能差小于(14±1)mJ·m-2时为膜状冷凝,大于(21±1)mJ·m-2时为滴状冷凝,介于二者之间时为过渡状态.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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     

蒸汽冷凝型态的表面自由能差判据

提出了蒸汽在固体表面上冷凝方式的表面自由能差判据 ,即冷凝温度下液体表面自由能与固体表面的表面自由能差大于 33.3mJ·m^-2 时蒸汽在该表面上呈现滴状冷凝的必要条件 .当表面自由能差在 0与 33.3mJ·m^-2范围内 ,表面强化冷凝传热的效果将取决于表面自由能差值的大小 ,差值越大 ,强化效果越明显 .这对深化表面涂层强化冷凝传热的机理以及选择传热表面涂层材料具有指导意义 .通过与文献报道实验结果的比较证实 ,该判据排除了静态接触角判据中测量温度的影响 .     

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。