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化工学报 2007年第3期58卷 567-574页

作者：廖强顾扬彪朱恂王宏重庆大学工程热物理研究所重庆400044

采用气相沉积(CVD)的方法,以十二烷基三氯硅烷和辛基三氯硅烷为扩散工质,制备了梯度表面能材料表面。对空气中水滴在水平梯度表面能材料表面上的运动现象和表面倾角为0°、30°、60°和90°情况下,梯度表面能材料表面上的水蒸气滴状凝... 详细信息

采用气相沉积(CVD)的方法,以十二烷基三氯硅烷和辛基三氯硅烷为扩散工质,制备了梯度表面能材料表面。对空气中水滴在水平梯度表面能材料表面上的运动现象和表面倾角为0°、30°、60°和90°情况下,梯度表面能材料表面上的水蒸气滴状凝结换热进行了可视化实验,研究了凝结液滴的长大、聚并、运动和脱落现象。结果表明直径大于1mm的凝结液滴峰值运动速度达到110mm.s-1,远大于空气中液滴的运动速度。通过图像分析,分别讨论了壁面过冷度、凝结表面倾角和表面能梯度对换热和液滴运动的影响。结果表明随着壁面过冷度的增加,凝结表面传热系数先增加后减小;当凝结表面倾角大时,由于重力作用加大,凝结表面传热系数也高;当表面能梯度较大时,运动液滴尺寸更小,速度更快,凝结表面传热系数更高。

关键词：梯度表面能材料表面滴状凝结可视化

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梯度表面能材料表面液滴形貌的数值模拟

梯度表面能材料表面液滴形貌的数值模拟

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作者：范勇重庆大学

学位级别：硕士

在大力提倡节能的今天,沸腾和凝结换热作为最有效的换热方式之一得到人们广泛的关注,研究开发新型的冷凝表面材料成为当今世界的前沿热点课题。梯度表面能材料表面上的液滴自迁移特性,提供了重力以外的排除凝结液滴的方式,对于水平表面... 详细信息

在大力提倡节能的今天,沸腾和凝结换热作为最有效的换热方式之一得到人们广泛的关注,研究开发新型的冷凝表面材料成为当今世界的前沿热点课题。梯度表面能材料表面上的液滴自迁移特性,提供了重力以外的排除凝结液滴的方式,对于水平表面或其它失重状态下的表面,能够及时排除凝结液滴,有效促进凝结换热系数的提高。在实验中观察到,体积较小的液滴在梯度表面能材料表面上可以保持静止状态,而且在表面的不同位置处呈现出不同的形貌。在工程实践中,液滴的形貌是反映凝结表面性能的一个重要参数,国内外已有大量的学者对此做了实验研究和理论计算,但仅局限于均质表面。本文对梯度表面能材料表面上液滴所处的气、液、固三相孤立系统建立数学模型,推导出系统内的总势能方程,由热力学第二定律得到液滴处于平衡状态的充要条件为系统内机械能最小,以此为基础建立有限元算法,求解总势能的最小值。对水平均质表面、水平梯度表面、倾斜均质表面和倾斜梯度表面上的液滴形貌做了数值模拟,并探讨影响液滴形貌的主要因素及其影响规律,为梯度表面上液滴运动机理的研究和凝结换热表面的实际应用奠定理论基础,具有重要的学术意义和工程应用价值。本文的主要结论如下:①水平均质表面上的液滴呈对称的回转体分布,液滴的三相接触线呈圆形分布。接触角是决定液滴形貌的主要参数,接触角越大,液滴的液高越高,固液接触面积越小。②在同一水平梯度表面上的不同位置处,液滴呈现出不同的形貌。在型线的两个端点处,接触角分别为最大值和最小值。在表面上从憎水侧向亲水侧过渡的过程中,液滴的型线逐渐被拉伸,高度不断降低。三相接触线向着接触角减小的方向不断延展,液滴的跨度不断增大,润湿效果越来越好。③在水平梯度表面上的同一位置处,表面能梯度越大,液滴延展得越好,液滴跨度也越大。当液滴的中心接触角小于35o时,表面能梯度对液滴的延展已无明显影响。④在水平梯度表面上,随着重力作用的加强,液滴的延展和变形加剧。⑤倾斜均质表面上的液滴由于重力的影响不再呈对称分布,液滴向着斜面底部方向延展,前沿接触角和后沿接触角之间存在一定差值。三相接触线的变形主要发生在液滴的前沿部分,重力作用加强时,液滴的变形加剧。⑥在倾斜梯度表面上,重力作用加强时,液滴的变形加剧,型线和三相接触线发生显著的形变,液滴向着斜面底部方向不断延展,前后接触角之间的差值不断增大。⑦在倾斜梯度表面上,表面能梯度与重力的分力方向一致时,液滴的变形加剧,方向相反时,形变得到延缓。

关键词：梯度表面能材料表面有限元方法液滴形貌数值模拟

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梯度表面能材料表面的凝结换热实验及理论模型

梯度表面能材料表面的凝结换热实验及理论模型

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作者：顾扬彪重庆大学

学位级别：硕士

在提倡节能的今天,研究凝结换热强化技术,减少传递过程中的可用能损失,是提高综合能源利用率的一种途径;滴状凝结表面传热系数大,是强化冷凝传热的最高效的方式,如果把滴状凝结应用到实际换热设备中将会极大地提高换热效率,使冷凝设备... 详细信息

在提倡节能的今天,研究凝结换热强化技术,减少传递过程中的可用能损失,是提高综合能源利用率的一种途径;滴状凝结表面传热系数大,是强化冷凝传热的最高效的方式,如果把滴状凝结应用到实际换热设备中将会极大地提高换热效率,使冷凝设备几何尺寸缩小,重量减轻,同时也可减小换热温差,带来热量利用率的提高。本文提出了一种梯度表面能材料表面,该表面上液滴自迁移特性,提供了重力以外的排除凝结液滴方式,对于水平表面或者其它失重状态下的表面,能够及时排除凝结液滴,有效促进滴状凝结换热系数的提高。本文通过气相沉积的硅烷化方法制备梯度表面能材料表面,对饱和水蒸汽在梯度表面能材料表面上凝结的换热性能进行可视化的实验研究;首次得到了一维水平梯度表面能材料表面上的滴状凝结换热计算式。主要研究成果如下:1采用化学气相沉积(CVD)的方法,分别采用了十二烷基三氯硅烷和辛基三氯硅烷为扩散工质,在厚度为0.5mm的矩形硅抛光片上沉积,制取了表面能一维梯度分布的矩形材料表面。2分别以十二烷基三氯硅烷制备的和以辛基三氯硅烷制备的梯度表面能材料表面作为水蒸汽凝结换热实验的实验表面,在实验表面与水平面倾角为0°、30°、60°和90°情况下,对水蒸汽在梯度表面能材料表面上的凝结换热性能进行了实验,并首次可视化研究了凝结液滴的长大、聚合、运动和脱落现象。实验结果表明:液滴能够在梯度表面能材料表面上实现从憎水侧向亲水侧的运动,水蒸汽凝结状态下的凝结液滴运动速度达到110mm/s,而空气中液滴在梯度表面能材料表面上的运动速度只有18mm/s;表面换热系数先随过冷度增大而增大,到达一个最大值后,反而随之减小;凝结表面倾角变大,表面换热系数也大,且过冷度对表面换热系数的影响越大;表面能梯度越大,表面换热系数也越大。3通过可视化实验观察到:当过冷度较小时,随着过冷度的增大,液滴长大-脱离的过程更迅速,液滴运动速度变快,扫除效应更加明显,导致表面换热系数随过冷度增大而增大;当过冷度处于较高值时,凝结成核、生长和聚合的加快,凝结表面小于脱离液滴尺寸的较大液滴数量将增大,较大液滴的凝结换热热阻大,造成随着过冷度的继续增大,表面换热系数反而减小的结果。4相同过冷度下,随着凝结表面的倾角增大,因为重力作用的增大使得脱离直径减小和液滴运动速度增加。同一过冷度和凝结表面倾角的情况下,十二烷基三氯硅烷制备的梯度表面能材料表面具有更大的表面能梯度,使得凝结液滴脱离

关键词：可视化实验滴状凝结梯度表面能材料表面

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梯度表面能材料上液滴运动机理

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化工学报 2007年第9期58卷 2313-2320页

作者：王宏廖强朱恂重庆大学工程热物理研究所重庆400044

通过显微测量技术获得了梯度表面能材料表面的微观结构,分析了经扩散控制的硅烷化处理的硅基材料表面上表面能梯度形成的机制和影响因素。通过可视化实验,并从能量转换关系和液滴受力分析上探讨了液滴在梯度表面能材料上的快速运动机理... 详细信息

通过显微测量技术获得了梯度表面能材料表面的微观结构,分析了经扩散控制的硅烷化处理的硅基材料表面上表面能梯度形成的机制和影响因素。通过可视化实验,并从能量转换关系和液滴受力分析上探讨了液滴在梯度表面能材料上的快速运动机理,研究了液滴运动过程,及薄膜润滑对液滴运动速度的影响。

关键词：梯度表面能材料表面液滴运动系统自由能薄膜润滑

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