疏水性表面液滴碰撞与传热机理基础研究
发布时间：2021-04-30 00:11
液滴碰撞固体表面是自然界和工程领域中常见的一种现象,碰撞过程涉及到的液滴动力学和质热传递等问题对具体应用有着重要影响。如对于喷墨打印或喷雾冷却技术等,往往需要增强液滴在表面的沉积或与表面的传热效率。但在材料防水保温和抗结冰等场合,却需要限制液滴与表面之间的接触以及热量交换。已有研究发现当表面具有较强的疏水性时,液滴碰撞之后经历铺展和收缩阶段,能够从表面完全反弹。疏水性表面液滴弹跳,较短的固液接触时间和较小的固液接触面积,在控制液滴接触和传热方面具有重要的应用前景。由于质热传递主要发生在接触期间,可通过缩短液滴碰撞接触时间或调控界面传热等方式实现对液滴接触和传热的抑制。但目前表面结构和润湿性、液滴尺寸和碰撞速度等参数对接触时间和传热过程的影响规律尚待揭示。因此,本文开展了疏水性表面液滴碰撞接触时间和碰撞过程传热机理的基础研究,主要包括以下几个方面:基于液滴非对称弹跳缩短接触时间的思路,研究了液滴碰撞不同尺度圆柱超疏水表面非对称弹跳的接触时间变化规律和内在机理。采用电火花线切割结合化学刻蚀的方法制造了亚毫米到毫米宏观尺度的圆柱超疏水表面,结合高速摄像法分析不同速度的液滴碰撞表面后的弹跳形式...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 相关理论基础
1.2.1 表面润湿性
1.2.2 液滴碰撞动力学
1.2.3 传热学基本定律
1.3 国内外研究现状
1.3.1 仿生疏水性表面的制造
1.3.2 疏水性表面液滴碰撞动力学
1.3.3 液滴碰撞固体表面过程的传热
1.3.4 目前存在的主要问题
1.4 本文主要研究内容
2 不同尺度圆柱超疏水表面的液滴碰撞研究
2.1 引言
2.2 圆柱超疏水表面的设计与制造
2.3 液滴碰撞实验的装置与过程
2.4 结果与讨论
2.4.1 液滴在表面的弹跳过程
2.4.2 弹跳形式和接触时间分析
2.4.3 接触时间减少的理论模型
2.5 本章小结
3 各向异性沟槽超疏水表面的液滴碰撞研究
3.1 引言
3.2 沟槽超疏水表面的设计与制造
3.3 液滴碰撞实验的装置与过程
3.4 结果与讨论
3.4.1 液滴在表面的弹跳过程
3.4.2 时间量级和液滴铺展分析
3.4.3 力和能量角度的理论模型
3.4.4 液滴破碎时的接触时间
3.4.5 与常规弹跳接触时间的对比
3.5 本章小结
4 微柱阵列疏水性表面的液滴碰撞传热研究
4.1 引言
4.2 微柱阵列疏水性表面的制造与表征
4.3 液滴碰撞传热实验与温度测量
4.3.1 液滴碰撞传热的实验装置与过程
4.3.2 温度测量方法与实验不确定度分析
4.4 传热理论分析
4.4.1 液滴与表面的接触面积
4.4.2 接触界面的瞬时热流密度
4.4.3 液滴对表面的无量纲冷却效率
4.5 结果与讨论
4.5.1 理论模型的预测结果
4.5.2 液滴温度场的可视化
4.5.3 理论和实验冷却效率的对比
4.6 本章小结
5 薄壁疏水表面的液滴碰撞界面传热研究
5.1 引言
5.2 薄壁疏水表面的制造与表征
5.3 液滴碰撞传热实验的装置与过程
5.4 实验数据处理
5.4.1 薄壁传热基本原理
5.4.2 温度数据处理方法
5.5 结果与讨论
5.5.1 液滴和壁面温度场的可视化
5.5.2 温度和热流密度的分布与变化
5.5.3 实验参数和表面润湿性对传热的影响
5.6 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点摘要
6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温表面液滴沸腾模式及其定向运动的研究进展[J]. 刘亚华,孙炎俊,郭纯方,赵丹阳. 机械工程学报. 2018(20)
[2]超快激光制备具有特殊浸润性的仿生表面[J]. 龙江游,范培迅,龚鼎为,张红军,钟敏霖. 中国激光. 2016(08)
[3]水滴撞击黄铜基超疏水表面的破碎行为研究[J]. 胡海豹,陈立斌,黄苏和,杜鹏. 摩擦学学报. 2013(05)
[4]仿生超疏水性表面的最新应用研究[J]. 陈钰,徐建生,郭志光. 化学进展. 2012(05)
[5]液滴喷射过程中碰撞的形态及流场模拟分析[J]. 曾祥辉,杨方,齐乐华,罗俊. 西北工业大学学报. 2007(04)
[6]从自然到仿生的超疏水纳米界面材料[J]. 江雷. 科技导报. 2005(02)
博士论文
[1]基于液滴弹跳现象的超疏水表面自清洁特性研究[D]. 全云云.华南理工大学 2016
[2]液滴撞壁动力学及传热机制研究[D]. 李大树.中国石油大学(华东) 2015
[3]液滴撞击弯曲壁面的动力学过程研究[D]. 毕菲菲.大连理工大学 2015
[4]仿生超疏水表面的制备、疏水稳定性与应用研究[D]. 黄建业.西北工业大学 2015
[5]仿生超疏水表面湿润性研究及应用[D]. 蒋成刚.大连理工大学 2014
[6]液滴撞击固体壁面的实验及理论研究[D]. 李西营.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]超疏水表面不同温度液滴碰撞的研究[D]. 毅男.上海交通大学 2015
[2]基于硅基底微柱结构的超疏水表面的制备及其摩擦学性能研究[D]. 张寒冰.北京交通大学 2011
本文编号：3168453
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 相关理论基础
1.2.1 表面润湿性
1.2.2 液滴碰撞动力学
1.2.3 传热学基本定律
1.3 国内外研究现状
1.3.1 仿生疏水性表面的制造
1.3.2 疏水性表面液滴碰撞动力学
1.3.3 液滴碰撞固体表面过程的传热
1.3.4 目前存在的主要问题
1.4 本文主要研究内容
2 不同尺度圆柱超疏水表面的液滴碰撞研究
2.1 引言
2.2 圆柱超疏水表面的设计与制造
2.3 液滴碰撞实验的装置与过程
2.4 结果与讨论
2.4.1 液滴在表面的弹跳过程
2.4.2 弹跳形式和接触时间分析
2.4.3 接触时间减少的理论模型
2.5 本章小结
3 各向异性沟槽超疏水表面的液滴碰撞研究
3.1 引言
3.2 沟槽超疏水表面的设计与制造
3.3 液滴碰撞实验的装置与过程
3.4 结果与讨论
3.4.1 液滴在表面的弹跳过程
3.4.2 时间量级和液滴铺展分析
3.4.3 力和能量角度的理论模型
3.4.4 液滴破碎时的接触时间
3.4.5 与常规弹跳接触时间的对比
3.5 本章小结
4 微柱阵列疏水性表面的液滴碰撞传热研究
4.1 引言
4.2 微柱阵列疏水性表面的制造与表征
4.3 液滴碰撞传热实验与温度测量
4.3.1 液滴碰撞传热的实验装置与过程
4.3.2 温度测量方法与实验不确定度分析
4.4 传热理论分析
4.4.1 液滴与表面的接触面积
4.4.2 接触界面的瞬时热流密度
4.4.3 液滴对表面的无量纲冷却效率
4.5 结果与讨论
4.5.1 理论模型的预测结果
4.5.2 液滴温度场的可视化
4.5.3 理论和实验冷却效率的对比
4.6 本章小结
5 薄壁疏水表面的液滴碰撞界面传热研究
5.1 引言
5.2 薄壁疏水表面的制造与表征
5.3 液滴碰撞传热实验的装置与过程
5.4 实验数据处理
5.4.1 薄壁传热基本原理
5.4.2 温度数据处理方法
5.5 结果与讨论
5.5.1 液滴和壁面温度场的可视化
5.5.2 温度和热流密度的分布与变化
5.5.3 实验参数和表面润湿性对传热的影响
5.6 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点摘要
6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温表面液滴沸腾模式及其定向运动的研究进展[J]. 刘亚华,孙炎俊,郭纯方,赵丹阳. 机械工程学报. 2018(20)
[2]超快激光制备具有特殊浸润性的仿生表面[J]. 龙江游,范培迅,龚鼎为,张红军,钟敏霖. 中国激光. 2016(08)
[3]水滴撞击黄铜基超疏水表面的破碎行为研究[J]. 胡海豹,陈立斌,黄苏和,杜鹏. 摩擦学学报. 2013(05)
[4]仿生超疏水性表面的最新应用研究[J]. 陈钰,徐建生,郭志光. 化学进展. 2012(05)
[5]液滴喷射过程中碰撞的形态及流场模拟分析[J]. 曾祥辉,杨方,齐乐华,罗俊. 西北工业大学学报. 2007(04)
[6]从自然到仿生的超疏水纳米界面材料[J]. 江雷. 科技导报. 2005(02)
博士论文
[1]基于液滴弹跳现象的超疏水表面自清洁特性研究[D]. 全云云.华南理工大学 2016
[2]液滴撞壁动力学及传热机制研究[D]. 李大树.中国石油大学(华东) 2015
[3]液滴撞击弯曲壁面的动力学过程研究[D]. 毕菲菲.大连理工大学 2015
[4]仿生超疏水表面的制备、疏水稳定性与应用研究[D]. 黄建业.西北工业大学 2015
[5]仿生超疏水表面湿润性研究及应用[D]. 蒋成刚.大连理工大学 2014
[6]液滴撞击固体壁面的实验及理论研究[D]. 李西营.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]超疏水表面不同温度液滴碰撞的研究[D]. 毅男.上海交通大学 2015
[2]基于硅基底微柱结构的超疏水表面的制备及其摩擦学性能研究[D]. 张寒冰.北京交通大学 2011
本文编号：3168453
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3168453.html
