凹曲面强化液滴合并弹跳及冷凝传热实验研究

发布时间：2020-10-14 00:26

　　 冷凝传热在工农业生产中应用广泛,提高冷凝传热效率能够有效节约能源资源。冷凝过程中,超疏水表面上的液滴合并弹跳现象使滴状冷凝的液滴脱离模式突破了依赖重力诱导的局限,极大地加快了表面液滴更新频率,从而强化传热。但液滴合并弹跳发生的条件比较苛刻,且其合并尺寸、弹跳速度等对最终的液滴脱落具有重大的影响。因此,研究强化液滴合并弹跳的方法对提高传热效率具有重要意义。基于此,本文以凹曲面结构对液滴合并弹跳的影响为研究对象,系统研究了凹曲面曲率与弹跳速度的关系,并分析了液桥形态。通过开发蒸汽冷凝系统,对凹曲面阵列表面的冷凝过程展开基础实验研究。具体如下:为了探究凹曲面曲率与不同大小液滴合并弹跳速度的关系,本研究制备了不同曲率半径的半圆槽超疏水结构,对3种不同大小液滴进行等大小液滴合并实验,并对半径为0.5mm的液滴进行了悬空合并实验。利用高速相机记录液滴合并过程,利用图像的后处理软件得到液滴的弹跳速度,总结出曲率与液滴合并弹跳速度的强化关系。通过悬空合并中液桥半径的实验值拟合得到液桥半径的增长模型,并进一步将凹曲面上液滴铺展长度与液桥半径的增长模型对比,得到凹曲面上液滴合并过程的液桥形态特征。开发了多功能蒸汽冷凝换热及结霜过程可视化实验系统。该系统利用真空腔室为试样提供冷凝环境,通过热电偶采集传热实验中的温度数据,基于Labview的上位机软件实现对整个系统参数的调控、显示、处理和保存。同时,可满足侧拍、俯拍和仰拍等可视化要求。为了探究凹曲面对冷凝过程的影响,本研究设计了凹曲面阵列超疏水表面并进行了不同过冷度条件下的冷凝实验,分析了该类型表面的液滴动态特性与合并弹跳现象。发现在低过冷度条件下,小曲率半径的凹曲面阵列对冷凝传热具有强化作用,大曲率半径的凹曲面阵列的作用不明显;高过冷度时,液滴润湿态向Wenzel状态转变,液滴合并弹跳现象消失,凹曲面的强化作用完全消失。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK124
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 润湿状态
        1.2.1 基本理论
        1.2.2 润湿状态影响因素
    1.3 滴状冷凝过程
        1.3.1 控制成核
        1.3.2 液滴生长
        1.3.3 液滴脱离
    1.4 主要研究内容
2 凹曲面超疏水表面强化液滴合并弹跳的研究
    2.1 凹曲面超疏水表面样品制备
    2.2 实验装置与方法
    2.3 实验结果
    2.4 液滴形态分析
        2.4.1 悬空合并液滴形态
        2.4.2 基底表面合并液滴形态
    2.5 本章小结
3 多功能蒸汽冷凝及结霜可视化实验设备的设计
    3.1 整体设计
        3.1.1 系统功能
        3.1.2 约束条件
    3.2 系统方案设计
        3.2.1 功能与方案
        3.2.2 结构分析
        3.2.3 温度控制方案
        3.2.4 不凝气含量控制方案
        3.2.5 整体布局
    3.3 设计与计算
        3.3.1 真空系统设计
        3.3.2 锅炉结构设计
        3.3.3 温度数据采集及控制
    3.4 实验设备的操作说明
    3.5 性能测试
    3.6 本章小结
4 凹曲面阵列表面的蒸汽冷凝传热实验
    4.1 液滴动态行为分析
    4.2 传热性能
        4.2.1 实验原理
        4.2.2 膜状冷凝
        4.2.3 超疏水表面滴状冷凝
    4.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

【参考文献】

相关博士学位论文 前2条

1 温荣福;低压蒸汽滴状冷凝传热微观机理及强化[D];大连理工大学;2015年

2 周兴东;导热功能表面强化混合蒸气冷凝传热机理的研究[D];大连理工大学;2007年

相关硕士学位论文 前6条

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2 林勐;翅片管与表面润湿性协同影响下的冷凝现象[D];大连理工大学;2013年

3 张崇峰;自组装超疏水表面超低压蒸汽滴状冷凝的实验研究[D];大连理工大学;2011年

4 汪明哲;低压蒸汽滴状冷凝传热的实验研究[D];大连理工大学;2009年

5 张宇;液固表面自由能差效应强化冷凝传热的机理研究[D];大连理工大学;2004年

6 陈晓峰;固液表面自由能差强化蒸汽冷凝传热的研究[D];大连理工大学;2002年

本文编号：2839908