恒热流条件下亲疏水表面液滴蒸发特性

以恒热流方式结合高速摄影技术同步观察记录3 μl的小液滴在不同亲疏水表面的蒸发过程。通过一系列的对比实验观察记录了不同亲疏水表面液滴蒸发时接触角、接触直径、蒸发时间等的动态特性。从实验分析中可以看出亲水表面液滴蒸发速率比疏水表面上液滴蒸发速率快,并且随着热通量的增大,液滴蒸发速率增大。在恒热流条件下亲疏水表面液滴蒸发以CCR模式为主,在蒸发后期呈现混合蒸发模式,全程未出现CCA模式。     

液滴撞击亲疏水间隔条纹表面

在高温高压环境下,将线切割成特殊形状的铝片镶嵌在树脂表面,再通过CuCl₂溶液对铝表面腐蚀,利用硬脂酸无水乙醇溶液的恒温水浴,进行表面修饰,适当处理得到亲水区域与疏水区域共存的复合表面。采用高速相机记录了液滴撞击水平与倾斜表面的动力过程,实验结果表明：液滴撞击水平放置的亲疏水复合表面时,其铺展过程与液滴撞击单一润湿性表面相似,但收缩行为差异化明显。液滴在亲疏水间隔表面收缩时,液膜会因亲疏水性并存而产生高度差。液滴撞击倾斜亲疏水复合表面时,液滴撞击的速度越大,其在斜面进行的位移量越大,速度过大的情况下液滴不会被宽度为20mm的斜面捕获;当速度为定值,Oh数越小,液滴跨越的亲疏水段越多,Oh数过小的情况下液滴不会被斜面截留;其他参数不变,比值系数H越小,液滴更易被斜面捕获。     

超疏水表面太阳能加热金-水纳米流体液滴蒸发特性

实验研究了超疏水表面上太阳能加热金纳米流体液滴蒸发特性。用高速摄像机和红外摄像机同步触发记录了2 μl不同浓度金纳米流体液滴在超疏水表面的蒸发过程。通过一系列实验,观察对比不同浓度金纳米流体液滴蒸发过程中体积、接触角、接触直径、液滴表面温度以及蒸发速率等动态特性。结合水蒸气扩散模型以及红外温度图分析液滴在超疏水表面上的蒸发过程中蒸发通量变化以及表面温度变化等特性。发现不同浓度纳米流体液滴蒸发速率基本一致;超疏水表面上液滴蒸发以常接触角模式为主,后期呈现混合模式蒸发;液滴蒸发过程中,液滴上半部分蒸发通量大,致使液滴表面温度较低。     

超疏水表面太阳能加热金-水纳米流体液滴蒸发特性

实验研究了超疏水表面上太阳能加热金纳米流体液滴蒸发特性。用高速摄像机和红外摄像机同步触发记录了2μl不同浓度金纳米流体液滴在超疏水表面的蒸发过程。通过一系列实验,观察对比不同浓度金纳米流体液滴蒸发过程中体积、接触角、接触直径、液滴表面温度以及蒸发速率等动态特性。结合水蒸气扩散模型以及红外温度图分析液滴在超疏水表面上的蒸发过程中蒸发通量变化以及表面温度变化等特性。发现不同浓度纳米流体液滴蒸发速率基本一致;超疏水表面上液滴蒸发以常接触角模式为主,后期呈现混合模式蒸发;液滴蒸发过程中,液滴上半部分蒸发通量大,致使液滴表面温度较低。     

不混溶液体表面上蒸发液滴的动力学特性

针对不混溶均匀受热液体表面上蒸发液滴的动力学过程,基于润滑理论推导出了无量纲方程组。采用数值模拟方法,探究了蒸发液滴的动力学特性。结果表明,蒸发液滴的演化过程分为两个阶段:由\"铺展主导\"的液滴前进阶段和由\"蒸发主导\"的持续脉动振荡的后退阶段。液滴在低黏度比下的流动性更强,导致铺展更加迅速,黏度比的增加会导致铺展和收缩速率的降低。蒸发通过影响液滴界面的温度分布进而影响界面张力以及液滴铺展。相较于固体表面液滴蒸发出现的钉扎现象,蒸发液滴在不混溶液体表面上的铺展是去钉扎的,并且伴有液体基底的明显变形。     

水-乙醇二元混合固着液滴的蒸发特性

选用单晶硅片和聚四氟乙烯（PTFE）膜作为基底,采用四种浓度的乙醇水溶液,研究水-乙醇二元混合液滴在固体表面上的蒸发规律。实验结果表明,添加乙醇缩短了液滴的蒸发时间,减弱了液滴的钉扎效应,使得固着液滴更容易发生滑移。并且,在同一蒸发阶段可能同时存在着两种液体的蒸发,但当乙醇浓度较高时,乙醇先于水蒸发。对于硅片表面,当乙醇浓度到达30%时,第一阶段为纯乙醇蒸发;而对于PTFE表面,该乙醇浓度阈值为20%,即固体表面的亲疏水性会影响混合液滴中两组分的蒸发次序。     

水-乙醇二元混合固着液滴的蒸发特性

选用单晶硅片和聚四氟乙烯(PTFE)膜作为基底,采用四种浓度的乙醇水溶液,研究水-乙醇二元混合液滴在固体表面上的蒸发规律。实验结果表明,添加乙醇缩短了液滴的蒸发时间,减弱了液滴的钉扎效应,使得固着液滴更容易发生滑移。并且,在同一蒸发阶段可能同时存在着两种液体的蒸发,但当乙醇浓度较高时,乙醇先于水蒸发。对于硅片表面,当乙醇浓度到达30%时,第一阶段为纯乙醇蒸发;而对于PTFE表面,该乙醇浓度阈值为20%,即固体表面的亲疏水性会影响混合液滴中两组分的蒸发次序。     

硅橡胶的表面亲疏水改性研究进展

综述了国内外硅橡胶表面亲疏水改性技术的研究进展,探讨了表面亲疏水改性的应用领域,展望了表面亲疏水改性硅橡胶的发展方向。     

尿素水溶液液滴的蒸发特性

在石英管式炉上通过挂滴法来观察单个尿素水溶液（urea-aqueous-solution,UAS）液滴的具体蒸发过程,比较了不同环境温度以及不同初始直径大小下液滴的蒸发特性。结果表明,尿素溶液液滴在100～1300 ℃的温度范围内呈现出了不同的蒸发行为。在较高的温度下,液滴的蒸发行为较为复杂,如气泡的产生、液滴的变形以及发生微爆的现象;但是,随着环境温度的降低,这些现象就变得非常微弱甚至消失。同时,还定量分析了稳态蒸发常数与温度、液滴初始直径之间的变化关系,发现在初始直径为2.5 mm、温度在100～600 ℃之间变化的情况下,稳态蒸发常数从0.02075 mm2/s增加到了0.23953 mm2/s,增大了10倍左右。此外,还对气流流速为0.25～1.25 m/s范围内的液滴蒸发特性作了实验研究。当液滴周围有强迫气流存在时,液滴与气体间的换热方式由导热转变为对流换热,从而增强了液滴表面的传热传质能力,促进了液滴的蒸发。     

恒热流壁面条件下沸腾液体的温度响应

根据能量平衡、质量平衡和沸腾换热机理建立了恒热流壁面条件下沸腾液体的温度响应控制微分方程，通过数值解得到沸腾液体温度与热流量，沸腾液体质量和换热面等因素的关系，结果表明沸腾液体温度一般高于饱和温度，该结果与已有实验数据相吻合。     

热烟气环境下脱硫废水液滴蒸发特性研究进展

利用热烟气作为热源喷雾蒸发脱硫废水具有工艺简单、处理效率高等优点,但脱硫废水液滴蒸发机制不清是各种热烟气蒸发工艺存在的共性问题。本文综述了脱硫废水热烟气蒸发工艺中液滴（群）蒸发特性研究,首先介绍了脱硫废水液滴在高温烟气中的蒸发过程,指出其蒸发过程与纯水滴存在明显差异,原因在于盐溶液蒸汽压降效应及析盐成壳。进而分析了脱硫废水烟道蒸发工艺中液滴群蒸发实验研究现状,总结过程参数如烟温、烟速及废水水质对蒸发的影响。接着介绍了相关数值模拟研究及干燥动力学模型,用于获取工艺参数和不同水质脱硫废水蒸发特性的内在关联。同时为获得干燥动力学模型所需脱硫废水蒸发信息,简述了单液滴蒸发测试技术及其在含固含盐液滴蒸发中的相关研究。最后提出可将反应工程法模型耦合CFD精确描述脱硫废水液滴蒸发进程,将宏观尺度下液滴群蒸发信息和单液滴蒸发特性结合,揭示脱硫废水液滴蒸发的内在机制。     

工业高盐废水液滴蒸发特性研究进展

雾化液滴蒸发特性是利用喷雾干燥法处理工业高盐废水的关键基础。综述了高盐废水液滴蒸发特性相关研究,首先介绍了喷雾蒸发技术处理工业废水的应用现状,通过对液滴群和单液滴蒸发特性进行了总结,分析表明,单液滴实验可以弥补液滴群实验无法反映液滴蒸发动态过程的缺陷。综述了高含固含盐溶液单液滴蒸发的理论和实验研究,比较了几类单液滴测试方法的优缺点,归纳了内外部因素对单液滴蒸发特性的影响,指出未来可依靠单液滴实验构建废水液滴干燥动力学模型,并将其耦合CFD精确描述喷雾蒸发进程,同时需要进一步开展对废水液滴蒸发特性的研究,根据废水水质等条件合理配置工艺参数控制蒸发进行,为废水零排放提供理论基础。     

基板温度对超疏水表面液滴蒸发影响

基于椭球模型,模拟了不同基板温度条件下超疏水表面上固着纯水液滴的蒸发过程,探究了蒸发过程中液滴蒸发时间、接触角演变行为、液滴表面温度和蒸发速率等参量。结果表明:基板温度越高,液滴蒸发寿命越短,且蒸发时间随基板温度呈线性关系。液滴蒸发过程中,接触角随蒸发时间成非线性变化。因较大的高径比和较小的热扩散率,基板温度对液滴蒸发初始阶段影响较小。近接触线区域液滴表面温度梯度较大,其他区域温度梯度较小;且基板温度越高,除近接触线区域液滴表面温差越小,这说明蒸发冷却效应受到了抑制。同一体积条件下,基板温度越高,液滴蒸发速率越大,且蒸发速率随基板温度呈指数变化。     

乙醇溶液液滴降压蒸发过程传热传质特性

针对单个乙醇溶液液滴在降压环境下蒸发的传热传质过程建立了数学模型。模型基于液相的能量守恒和 传质扩散理论,利用经典拓展模型计算液滴的质量蒸发率,并引入活度系数考虑液滴表面的蒸气分压。采用液 滴悬挂法进行实验,分别记录了乙醇溶液液滴和乙酸溶液液滴在降压蒸发过程中的液滴内温度变化。将实验数 据与计算结果对比,验证了模型的有效性。通过模型计算获得了液滴内部温度分布以及浓度分布随时间的变化。 结果表明:快速降压阶段空气流动较快,加之乙醇工质易挥发,液滴表面温度下降迅速,液滴内部温差和乙醇 浓度梯度较大;压力稳定后,空气流速为零,液滴内部温差和乙醇浓度梯度逐渐减小。由于液滴内部的热扩散 速率大于传质扩散系数,内部温度随时间的变化比浓度随时间的变化更快。     

盐水液滴降压环境下蒸发过程

盐水溶液在降压环境下的蒸发过程的研究,主要集中在海水淡化领域的降膜蒸发过程应用方面和工业制盐方面的平坦表面的蒸发过程的研究。而本文主要集中研究各种实验因素对于液滴温度变化的影响。对于多组分液滴降压环境下相变过程的研究,实验采用浓度为15%和6%的盐水溶液作为一组比较工质,在初始环境压力为94.5～97 kPa,最终环境压力范围为50～3000 Pa,液滴的初始温度范围为7～30℃,初始直径范围为1～3 mm的条件下进行实验。通过实验数据分析可知:盐水液滴在降压蒸发过程中的中心温度变化有析盐和不析盐两种现象,随着水分不断地蒸发,当液滴浓度达到22.4%而且温度足够低时就会析出盐分,否则,不会出现析盐现象;同时分析不同浓度、不同最终环境压力、不同初始温度和不同初始直径对液滴相变过程和温度变化的影响,并且观察环境压力降低和液滴温度变化之间的关系。     

正庚烷对甲醇液滴蒸发特性的影响

燃用甲醇可使柴油机实现高效清洁燃烧,燃料的蒸发特性对燃料的混合、着火、燃烧过程影响显著。甲醇十六烷值较低,着火困难,添加正庚烷可提高甲醇燃料的十六烷值。搭建了液滴蒸发试验装置,采用单液滴挂滴测量方法,使用高速摄像机拍摄液滴蒸发图像,基于图像处理技术研究了正庚烷-甲醇液滴的蒸发过程。分析不同正庚烷掺混体积比(0、5%、10%、15%)和环境温度(100～500℃)对液滴蒸发特性的影响。结果表明,正庚烷-甲醇燃料液滴的蒸发特性遵循D²定律,即液滴直径D与液滴初始直径D₀比值的平方(D/D₀)²与蒸发时间呈线性关系。液滴相对面积随时间变化近似为一条斜率为负的直线。掺混体积比一定时,液滴蒸发速率随温度增加而增加。当温度从100℃增至500℃后,正庚烷掺混体积比0、5%、10%和15%的液滴单位面积蒸发速率分别增加了543%、639%、896%、556%。温度一定时,不同正庚烷添加剂掺混体积比的甲醇液滴蒸发的变化趋势基本相同。与纯甲醇相比,除200、300℃外,掺混体积比5%的正庚烷使液滴蒸发时间延长。100...     

凸面恒温基底上固着液滴蒸发特性研究

针对凸面恒温基底上的固着液滴蒸发过程开展了实验和理论研究。实验研究方面,搭建了凸面恒温基底上蒸馏水液滴蒸发的可视化实验系统,捕获了液滴蒸发过程形态变化,使用红外热像仪获得了液滴表面温度分布。理论研究方面,基于环形坐标系建立了凸面恒温基底上固着液滴蒸发的传热传质模型,推导出液滴内部温度分布及其周围蒸气浓度分布的解析解。将模型结果与实验数据进行对比,验证了计算模型的可靠性。研究结果表明：模型计算需考虑蒸发冷却效应,提高基底温度和减小基底曲率直径均可提高液滴蒸发速率;相较于平面基底,凸面基底上液滴的铺展半径更大,钉扎时间延长,总蒸发时间减小,液滴蒸发主要遵循恒定接触半径蒸发模式。此外,液滴/空气界面处的过余温度沿液滴表面从中心到接触线方向单调递增,随着蒸发过程的进行,液滴整体温度分布趋于均匀。研究结果有助于深入掌握凸面基底上固着液滴蒸发的传热传质机理。     

低压环境下海水液滴蒸发模型研究

针对低压环境下的多种盐分组成的海水液滴(NaCl、MgCl_2、CaCl_2、KCl的质量分数分别为20.07%、1.29%、0.412%、0.399%)的蒸发过程进行了模型研究,模型将能量守恒方程和传质扩散方程进行耦合。通过模型计算,分析了液滴内组分含量和温度分布随时间的变化,获得了环境压力和环境温度对液滴温度变化的影响。结果表明,在蒸发过程中,液滴内部的各种盐含量升高过程不是成单一的线性增加的,在液滴的蒸发和内部盐含量扩散的共同作用下,盐含量表现出在先快速上升之后,逐渐下降继而又有所回升的趋势。液滴温度下降至最低温度后,也逐渐回升。并且环境压力越低,液滴温度下降越快,最低温度越低,温度回升越快。环境温度越高,液滴最低温度越高,温度回升越快。     

用于抑制水蒸发的表面活性剂

直链脂肪族高级酸、高级醇或其与环氧乙烷反应的低聚物,在水面上能形成单分子膜,抑制水分蒸发,降低由蒸发而损失的热量,从而使水温升高。这种表面活性剂广泛地应用于贮水池、水库及农作物等的减少水量蒸发方面。应用在水稻田中,可以提前插秧,促进幼苗成长,提高亩产量;在田间还可以防旱,这对水稻增产具有重大意义。非离子型表面活性剂也广泛地应用在其它去污剂、分散剂及洗涤剂等工业上。     

超疏水表面液滴蒸发内部流体流动与传热分析

基于椭球模型,模拟了超疏水表面上固着纯水液滴的蒸发过程,探究了蒸发过程中液滴外形、体积、接触角、表面温度和蒸发速率的变化,以及液滴内部温度和流线的分布情况。结果表明:液滴蒸发过程中,液滴顶部局部表面温度最大,接触线处最小,且随蒸发的进行表面温度逐渐减小。液滴体积演变行为区别于亲水表面,这表明基板特性影响了液滴蒸发机理。液滴蒸发初始时刻,全局蒸发速率最大,随蒸发的进行,全局蒸发速率逐渐减小。液滴表面温度分布不均匀使得液滴表面产生了张力梯度,张力梯度引起了液滴内部流体流动;近气液界面处流体由液滴顶部向下流动,液滴内部流体由下向上流动,形成了Marangoni流。流体流动伴随着热量的传递,导致接触线附近温度较低,液滴内部中心处温度较高。