铝基超疏水表面抗结霜特性研究

采用化学刻蚀法,在铝基的表面构建了纳米-微米混合的粗糙结构。化学刻蚀后的粗糙表面经过氟硅烷(FAS)修饰,形成了接触角大于155°的超疏水表面。在过冷环境中,利用加湿器提供微小雾滴进行了铝棒和铝片表面的结霜实验。实验过程中对比了超疏水铝表面、疏水铝表面和普通铝表面上的结霜量。结果表明,超疏水铝表面在抑制结霜方面优于普通铝表面,接触角的大小对抑制结霜也有很大影响,接触角越大抑制效果越明显,并且超疏水铝表面的疏水性能易于恢复。在现实生活中,超疏水表面对于降低输电线缆表面的覆霜积聚速率和重量有重要的意义。     

超疏水塑料薄膜研制成功

中科院化学所有机固体院重点实验室江雷研究员在功能纳米界面材料研究领域日前取得新进展。该课题组以廉价的聚苯乙烯为原料，采用一种简单的电纺技术，制备出具有新颖结构的超疏水薄膜，这标志着我国在低成本、大规模制备具有特殊浸润性的功能界面材料方面又迈出了重要的一步。     

超亲水、超疏水表面的研究进展

概述了近年来超亲水、超疏水表面的发展历史,验证了近几年来该方向的研究成果。从超亲水表面制备、超疏水表面制备以及超亲水-超疏水可逆转换表面3个方面做了较为详尽的总结。要使这些特殊表面能够获得广泛的工业应用,还需要解决一些重要的技术问题。     

超疏水表面研究进展

超疏水表面由于其独特的润湿性,在自清洁等领域具有非常重要的作用。本文阐述了超疏水表面的研究背景、制备超疏水表面的基本方法和含氟及无氟超疏水表面的最新研究进展,总结了当前超疏水表面仍需解决的问题并提出了建议,最后对未来绿色环保的超疏水表面进行了展望。     

超疏水表面制备技术的研究进展

对固体表面浸润性的基本理论及超疏水表面制备技术进行了概括,简单介绍了本研究小组最新研制的一种超疏水涂层材料制备技术。     

聚合物基疏水/超疏水涂层防垢的研究进展

聚合物基疏水/超疏水涂层因具有较低的表面自由能、优良的粘结性及化学稳定性,在防垢方面具有重要的应用前景。主要围绕"聚合物基涂层",综述了环氧树脂、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)及全氟聚醚(PFPE)等疏水/超疏水涂层在防垢方面的研究进展。展望了其在防垢中面临的挑战以及进一步需要研究的工作。     

纤维素基超疏水材料的现状分析

近年来超疏水材料的应用领域越来越广泛,对超疏水材料的机械强度、耐磨性、透光度、重复利用性等性能方面的要求越来越高,原料的绿色环保性要求也日渐提高。生物质原料种类多、储量大,占据着可再生资源的主导地位。纤维素作为生物质原料的下游精细产品,具有绿色环保、储量大、应用灵活的优点。本文简单介绍了纤维素基超疏水材料的发展历程、特点及应用,重点分析了水热法、化学沉积法、原子转移自由基聚合和溶胶-凝胶法(纤维素/SiO₂超疏水材料和纤维素基气凝胶)等超疏水改性方法在制备纤维素基超疏水材料中的应用。最后对纤维素基超疏水材料的未来发展进行了展望。     

超疏水材料制备研究进展

对超疏水材料的表面疏水机理以及近几年超疏水材料制备的研究进展进行了综述,目前超疏水材料制备的方法日益成熟,越来越多简单便捷的方式出现,但还是有很多不足例如有些方式不适宜大规模生产,预计以后会有更多会更贴合实际的方式方法。同时提出了所介绍制备方式的不足之处并且对未来发展进行了展望。     

制备超疏水聚苯胺的研究进展

简要介绍了目前超疏水聚苯胺的制备方式,概括了制备的基本思路,以及苯胺聚合时的主要影响因素,指出超疏水聚苯胺具有广阔的应用前景。     

超疏水膜油水分离器的设计与实验

为将超疏水/超亲油网膜应用到油水分离领域中,设计了一套油水分离装置.通过实验现象分析以及采用将实验装置倾斜一定角度放置的方式解决了该装置存在的问题.分析了倾斜对分离效果影响的原因,考察了倾斜角度对分离效果的影响.通过改变出口水柱高度、流量大小以及初始含油率大小等影响因素对该装置进行了实验,结果表明:分离装置出口水中油含量随流量和初始含油率的增大而增大,并且流量越大,这种影响越显著;通过合理控制这三者大小,该装置可实现处理大流量或较宽初始含油率范围的油水混合物.     

Condensation on vertical porous metal fins

The problem of condensation of vapors on a porous plate fin is formulated and the dimensionless heat transfer coefficients are found to be dependent on two system variables, viz., the fin and the porosity parameters. Numerical simulations indicated that the condensation heat transfer coefficients for a porous fin are larger than those for a non-porous one of similar cross-section. For design purposes, a dimensionless equation for predicting the mean condensation heat transfer coefficient is proposed. The significant increase in the condensation heat transfer coefficient suggests that the condenser section of a flat plate heat pipe can be made more efficient in operation with the use of porous plate fins instead of impermeable fins of similar cross-section.     

流线型涡发生器与螺旋片强化换热器壳侧传热

为降低翅翼型纵向涡发生器与螺旋片复合强化的套管式换热器壳侧传热阻力,提出一种新型翅翼型纵向涡发生器,即流线型涡发生器。采用实验和数值模拟方法研究了流线型涡发生器与螺旋片复合强化的换热器壳侧的传热和阻力特性并与三角翼型涡发生器（DWP）的强化效果进行比较,考察了流线型涡发生器common-flow-down（CFD）和common-flow-up（CFU）两种安装方式的强化效果,分析了流线型涡发生器的减阻机理。结果表明,在涡发生器面积和迎流角相同的情况下,流线型涡发生器可以取得与三角翼型涡发生器相同（Re<8000）或略低（Re>8000）的传热系数,但其产生的流动阻力比三角翼型涡发生器低21%;在相同压降条件下,common-flow-up安装方式的综合传热效果优于common-flow-down;流线型涡发生器减阻机理在于提高了速度场与压力场的协同性。     

Morphology evolution and dynamics of droplet coalescence on superhydrophobic surfaces

In this work, the coalescence of two equal‐sized water droplets on superhydrophobic surfaces (SHSs) is experimentally investigated. The morphologies of droplet coalescence are observed from side‐view and bottom‐view using high‐speed camera system. The related morphology evolution and dynamics of droplet coalescence are explored. The dynamic behaviors of droplet coalescence on SHSs can be decomposed into liquid bridge growth, contact line evolution, and droplet jumping. The liquid bridge radius is proportional to the square root of time, whereas the dimensionless prefactor is decreased from 1.18 to 0.83 due to the transition of interface curvature. The retraction velocity of the contact line shows limited dependence on initial droplet radii as the retraction dynamics considered here are governed by the capillary–inertial effect. The coalesced droplet finally departs the substrate with a dimensionless jumping velocity of around 0.2. A heuristic argument is made to account for the nearly constant dimensionless jumping velocity. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 2913–2921, 2018     

基于螺旋片强化的套管换热器性能

基于RNG k-ε模型对螺旋片强化的套管换热器的传热进行模拟,通过模拟结果与文献中的实验结果进行对比来验证模拟的可行性;分析了Reynolds数为2362～16860范围内的螺旋升角α变化对Nusselt数和摩擦阻力系数f的影响;并考察了等泵功率下的综合传热性能PEC值的变化规律。结果表明：Nu和f的平均误差分别为7.1%和1.3%,证明所采用的研究方法是可行的;α在15°～75°范围内,Nu和f均随着α的减小而增大,特别地,当α小于35°时,f随α的减小剧烈增大;在等泵功率下,PEC值为0.84～1.93;α在15°～45°时,α为35°具有较好的综合传热性能,α为55°、65°和75°时,虽然其PEC值比35°时略高,但其Nu与35°时相比要小很多,实际应用中考虑到传热速率的问题,选择35°的螺旋升角较为合适,此时,PEC值为1.26～1.62。另外,为减小f,提出倾斜螺旋片强化的方法;螺旋升角α为35°、螺旋片倾斜角β为10°时,与普通螺旋片相比,Nu基本一致,甚至略大,而f减小了12.5%～14.5%,此时,PEC值为1.38～1.71;场协同理论也很好地验证了这一结果。     

扰流柱协同螺旋片强化套管换热器壳侧换热

对于内管外壁安装有螺旋片的套管换热器的壳侧,在螺旋片所形成的螺旋通道中心,沿螺旋方向周期性地布置扰流柱以进一步提高其换热性能,对这种扰流柱协同螺旋片强化的换热器的换热特性进行了实验研究,应用场协同理论分析了其强化机理。结果表明,在Re=4000～14000范围内,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的传热系数为相同螺距下只安装螺旋片的换热器的1.53～2.53倍,为光滑内管换热器的3.08～4.87倍。在相同质量流量、相同压降及相同泵功条件下,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的综合换热性能明显好于相同螺距下只安装螺旋片的换热器及光滑内管换热器;在相同压降及相同泵功条件下,保持螺距不变,安装扰流柱比螺距减小一半的综合换热性能更好;单位螺距内安装奇数个扰流柱比安装偶数个扰流柱略好。扰流柱的安装增大了径向速度,使温度场与速度场的协同效果更好,从而提高了换热效果。     

超疏水/亲水性结构表面流动沸腾传热实验研究

用激光烧蚀方法在抛光后的铜上制备出四种无需涂覆修饰即可获得超疏水/亲水性的规则微阵列结构表面。基于流动可视化与温度数据结果,分析了表面浸润性和过冷度对流动沸腾传热性能的影响,与经典汽化核心密度关联式进行了对比。结果表明：疏水表面可削弱单相对流传热,大幅强化沸腾传热,最大传热系数提高了75.5%,沸腾起始点提前3.5 K,且汽化核心数目较裸铜表面提高了5倍以上,但有较低的临界热通量。超亲水表面可增强单相对流传热、小幅度提升流动沸腾传热。对比亲水表面与疏水表面的气泡生长过程,发现疏水表面尾端气泡容易汇聚,生长周期较长;而亲水表面没有发生明显的气泡汇聚行为,气泡生长周期较短。     

Rebound dynamics of two droplets simultaneously impacting a flat superhydrophobic surface

In this letter, we investigate the rebound dynamics of two equally sized droplets simultaneously impacting a superhydrophobic surface via lattice Boltzmann method (LBM) simulations. We discover three rebound regimes depending on the center-to-center distance between the two droplets: a complete-coalescence-rebound (CCR) regime, a partial-coalescence-rebound (PCR) regime, and a no-coalescence-rebound (NCR) regime. We demonstrate that all the rebound regimes are closely associated with dynamic behaviors of the formed liquid ridge or bridge between the two droplets. We also present the contact time in the three regimes. Intriguingly, although partial coalescence takes place, the contact time is still dramatically shortened in the PCR regime, which is even smaller than that of single-droplet impact. These findings provide new insights into the contact time of multiple-droplet impact and thereby offering useful guidance for some applications such as anti-icing, self-cleaning, and so forth.     

水性超疏水涂层的制备、调控与应用的研究进展

基于可持续发展和绿色环保的要求,以水替代有机挥发性溶剂的新型水性超疏水涂层逐渐成为研究热点,但是水性涂料的分散性及涂层的疏水稳定性、涂层性能等相关问题也随之而来。本文介绍了水性超疏水涂层制备方法的发展现状,针对水性超疏水涂层力学耐久性能差的问题提出可行性方案,例如制备内外一致的一体化复合结构,加强涂层内界面相互作用,交联作用或设计自修复水性超疏水涂层等。此外,还对水性超疏水涂层在油水分离、防结冰、自清洁等领域的进展进行阐述,并探讨了水性超疏水涂层的规模化制备、涂层力学性能的强化和耐久性研究将成为主要探索方向,只有夯实水性超疏水涂层的基础研究,工业应用才能突破。     

基于抛物线形气-液界面的超疏水微通道减阻特性

针对超疏水表面微通道中的流动减阻特性,基于抛物线形气-液界面假设,采用VOF模型模拟了微通道中的二维层流流动,分析了流动和结构参数对减阻效果的影响。结果表明,含矩形微坑的超疏水表面微通道具有显著减阻作用,fRe随Reynolds数增大而略有提高,量纲1压降比随入口速度增大而略有下降。当增大微坑面积比或减小微通道高度时,fRe减小,量纲1压降比增大;且微通道高度越小,微坑面积比对fRe的影响越显著。随抛物线形高度增加,压降比和滑移长度均线性减小,而fRe则线性增加。当微坑深度大于其宽度的40%时,压降比和滑移长度趋于定值。微坑形状对减阻效果的影响依次是燕尾形、矩形、梯形和三角形。     

涡发生器与螺旋片强化不同曲率的壳侧传热

为考察涡发生器与螺旋片对不同曲率的套管式换热器壳侧的传热强化效果,在不同中径的壳侧安装了相同密度的螺旋片和三角翼型涡发生器。以空气为介质,在Re=680～16000范围内,采用实验和数值模拟方法研究了壳侧的传热和阻力特性,考察了不同曲率下复合强化的壳侧的综合性能,分析了传热强化机理。结果表明,曲率越大,壳侧传热系数越高,摩擦因数越大。对曲率分别为0.131、0.321和0.440的3种换热器壳侧,涡发生器将其传热系数平均提高了31.52%、20.83%和18.33%。小曲率和复合强化的壳侧综合性能更好。涡发生器改变了换热器壳侧的流场结构,提高了速度场和温度场之间的协同性,从而提高了换热器壳侧的传热效果。