超疏水表面低壓蒸汽冷凝液滴分布及傳熱強化.pdf

1、低壓蒸汽冷凝過程在化工、發(fā)電、空調制冷、海水淡化、低壓蒸餾和吸收式熱泵等方面有著廣泛的應用。滴狀冷凝傳熱模式相比于傳統(tǒng)的膜狀冷凝具有更高的傳熱效率，是節(jié)約資源和提高能源利用效率的重要手段。液滴作為蒸汽冷凝的傳熱通道，探究其彈跳現(xiàn)象對其尺寸分布及演化的影響規(guī)律，對于低壓蒸汽冷凝傳熱強化具有重要的意義。
　　實驗考察了不同蒸汽壓力下超疏水表面初始冷凝過程中液滴尺寸分布演化規(guī)律和穩(wěn)態(tài)液滴尺寸分布特征，獲得了液滴彈跳現(xiàn)象對液滴尺寸分布及演

2、化的影響。結果表明，在低壓、小過冷度下，液滴彈跳現(xiàn)象增大了小液滴密度，減小了液滴脫落尺寸，導致了超疏水表面上液滴平均尺寸的降低。彈跳現(xiàn)象對初始冷凝過程中的液滴尺寸分布的演化規(guī)律影響較小，液滴尺寸分布仍呈現(xiàn)出正態(tài)分布-雙峰分布-指數(shù)分布的演化規(guī)律，與較高壓力下液滴在重力作用下脫落時的演化規(guī)律相似。穩(wěn)態(tài)條件下，存在液滴彈跳時，液滴分代分布規(guī)律明顯，不同代的液滴表現(xiàn)出自相似特征，總體呈現(xiàn)出穩(wěn)定的指數(shù)分布，液滴彈跳現(xiàn)象降低了液滴平均尺寸，優(yōu)化了

3、穩(wěn)態(tài)液滴尺寸分布，縮短了液滴生命周期。
　　結合理論分析的方法對低壓條件下的蒸汽冷凝傳熱性能進行了理論計算和分析，獲得了液滴彈跳現(xiàn)象對穩(wěn)態(tài)蒸汽冷凝傳熱性能的影響和低壓蒸汽冷凝傳熱強化的機理。結果表明，低壓、小過冷度條件下，液滴彈跳現(xiàn)象導致了液滴脫落尺寸和液滴平均尺寸減小，小液滴密度增加，液滴生命周期縮短，液滴彈跳現(xiàn)象對液滴尺寸分布的優(yōu)化增加了冷凝表面上的有效傳熱通道，同時，液滴合并時的脈動和彈跳現(xiàn)象對氣液界面的擾動可以增強氣液界面

4、分子擴散。保持小過冷度促進液滴彈跳是強化低壓蒸汽冷凝傳熱的重要策略。相同冷凝條件下液滴發(fā)生彈跳時的傳熱通量約為重力作用脫落時傳熱通量的3倍，甚至超過了常壓下超疏水冷凝表面的傳熱通量。
　　利用蒸汽在低壓小過冷度條件下在超疏水表面冷凝時液滴彈跳現(xiàn)象對冷凝傳熱的強化作用，對日產淡水1.8噸的壓汽蒸餾裝置中的蒸發(fā)-冷凝器進行了設計和經(jīng)濟性能核算。對于蒸發(fā)-冷凝換熱而言，冷凝側傳熱系數(shù)的提高使總傳熱系數(shù)提高了約37％，壓縮機能耗降低了約6