低壓蒸汽滴狀冷凝傳熱的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、水蒸氣冷凝傳熱在石油化工、航天、動(dòng)力、制冷空調(diào)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，其換熱性能的強(qiáng)化對(duì)節(jié)約能源及工程費(fèi)用具有重要意義。滴狀冷凝由于極高的傳熱性能而備受關(guān)注，是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重要方向之一。本文重點(diǎn)在于通過(guò)液滴的動(dòng)力學(xué)特性和基于界面效應(yīng)的滴狀冷凝傳熱模型研究低壓水蒸氣滴狀冷凝傳熱特性及其影響因素。 利用分子自組裝技術(shù)和高分子化合物在紫銅表面制備了十八烷基硫醇分子自組裝膜(SAM)和PFA/Cr2O3疏水涂層，并且采用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)

2、量水在表面上的接觸角，采用掃描電鏡以及紅外光譜分析表面形貌和化學(xué)組成。 利用豎直壁面的冷凝傳熱實(shí)驗(yàn)裝置，分別進(jìn)行了兩種表面的低壓水蒸氣滴狀冷凝實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了冷凝傳熱系數(shù)。實(shí)驗(yàn)壓力分別為：10kPa(Ts=46℃)，40kPa(Ts=76℃)，70kPa(Ts=90℃)，101kPa(Ts=100℃)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在兩種表面上，水蒸氣滴狀冷凝傳熱系數(shù)均隨著壓力的降低而下降。其中在銅基十八烷基硫醇分子自組裝膜表面(SAM)的前3組壓

3、力條件下的冷凝傳熱系數(shù)分別是常壓下的55％～58％，68％～69％和78％～84％；在PFA/Cr2O3疏水表面的前3組壓力條件下的冷凝傳熱系數(shù)分別是常壓條件下的47％～49％，69％～77％和86％～98％。 利用高速攝像記錄了不同壓力條件下滴狀冷凝傳熱過(guò)程中的液滴運(yùn)動(dòng)行為。圖像分析結(jié)果表明，隨著水蒸氣壓力的下降，液滴的脫落直徑變大，液滴的生長(zhǎng)周期延長(zhǎng)，使得滴狀冷凝傳熱性能呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。 利用基于界面效應(yīng)的滴狀冷凝傳熱

4、模型，計(jì)算分析了液滴曲率熱阻，氣-液相際傳熱熱阻，液滴導(dǎo)熱熱阻等隨蒸汽壓力的變化趨勢(shì)，探究了冷凝傳熱系數(shù)隨壓力下降的主要因素。結(jié)果表明，液滴曲率熱阻隨壓力的變化幅度很小，基本與壓力無(wú)關(guān)。當(dāng)水蒸氣壓力下降時(shí)，液滴導(dǎo)熱熱阻占總熱阻的比重逐漸下降，這是由于單個(gè)液滴的傳熱量下降造成的。氣-液相際傳熱熱阻的增加是導(dǎo)致滴狀冷凝傳熱系數(shù)隨壓力下降的主要原因。界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)隨水蒸氣壓力下降而大幅減小。當(dāng)壓力從常壓降至3kPa時(shí)，界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)減小了近2個(gè)數(shù)