界面效应对冷凝成核和液滴动力学行为影响机理研究
发布时间：2021-10-18 09:08
蒸汽冷凝作为一种典型的相变过程,对大功率系统的热量管理和集水脱盐技术的改进等具有重要意义。冷凝成核作为整个冷凝过程的开端,决定了冷凝过程的初始状态,深入了解研究该过程的微观机制,揭示固体壁面性能对成核过程的影响机理,成为一个值得重点关注的研究课题。而对于成核过程,团簇和初始液滴空间尺度通常在纳米量级,时间尺度通常在飞秒量级,这给成核现象的实验观察研究带来了极大困难,而数值模拟可以有效解决这一困境。本文借助分子动力学（Molecular Dynamics,简写为MD）模拟,揭示了表面能和表面微观结构对团簇生长、成核位点分布和初始液滴的润湿状态等的影响,并且探究了通过改变微观结构的形态与参数来调控液滴润湿状态和液滴动力学行为的作用机制。本文首先基于不同固液作用强度和五种各向异性的微观结构,进行了 MD模拟,研究表明,表面能在所有表面上的水滴的各向异性润湿行为中起着至关重要的作用。液滴的各向异性润湿行为取决于原子势能壁垒和固体基底的顶部面积。由于存在明显的原子势能壁垒和较大的顶部面积来支撑水滴,方形表面上的液滴具有最明显的各向异性润湿行为。原子势能的分布决定了水分子趋于成核的位置,水分子倾向...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（ａ）液膜破裂假说示意图；（ｂ）固定成核点假说示意图；（ｃ）珠膜共存假说示意图
山东大学硕士学位论文??过程，并没有进行阐释。因此，学者们提出分子团聚成核这一微观过程的物理模型??［３３－３５］。团簇成核物理模型如图１－３所示。??分子团聚体是由有限数目的分子通过物理结合力组成的微观集合体，其物理??性质随着所包含的原子数目的变化而发生变化。分子团聚体的空间尺度从几埃到??几百埃不等，大于分子的尺度，又远远小于宏观材料的尺度，可以将其看成是介于??分子与宏观物体之间的物质结构新层次，即团簇。团簇代表了凝聚态物质的初始状??态［３６］。因此，分子团聚体的物理性质既不同于单个分子，又不同于宏观材料，它的??物理性质与气体和液体的物理性质相似却又存在不同，比如团簇的物性参数能够??由体相液体中选取出来［３７，?Ｗ，而团簇能够在气相中自由运动［３４］又展现出了气相分??子的特征。分子团聚模型提出后，其合理性逐渐被证实，并被应用于不同条件下的??蒸汽冷凝体系。Ｂｒｅｃｈｉｇｎａｃ等人研究了簇状沉积在非晶碳基底上的成核和生长，??结果表明冷凝表面的凝结相随冷凝进行逐渐呈岛状分布，并发现入射簇是一个可??以在室温下独立监控平均岛大小和岛密度的优质参数。以Ｍｕ等人＠４（）］研宄获得??的初始液滴在冷凝表面的尺寸分布数据为基础，Ｓｏｎｇ等人［３４，３５］通过实验得到了露??点冷凝中液滴尺寸分布，并将数据与团簇尺寸分布特征进行比较，得出了蒸汽分子??由气相转化为液相的微观物理图景：蒸汽分子首先形成特定尺寸分布的团簇，而后??团簇聚集在冷凝表面，随着冷凝继续进行长大成为初始液核。此后，Ｌａｎ等人ｔ４１，４２Ｉ??将分子团簇模型引入蒸汽冷凝体系和低压冷凝过程，模型预测结果与实验值的良??好吻合又一次证实了分子团簇模型的
?２．ｃ３，，ｄＨ５ｈ??：：錢纖＾?２?ｉｆｆ：?＇??＇２Ｂ２ｈ?Ｚ７０ｈ??Ｓｕｐｅｒｔｉｙｄｒｏｐｈ￡＾＞ｉｃ?々?：??＇?麗?：?．圓??Ｈ?？?（ｉｔｍ?＝?：?＾＇?Ｉ?．＾〇４?ａ－－－－４＃．．－３＇－－??＇：：１??Ｉ?｜??ＩＩ?１１１?＾ｐｑｚｚｊｚｚｚｚｐｚｚｚｑ??Ｂ?■■?＾?ｉｍｅｒｐｏｉａｔｅｄ?Ｄａｔａ?Ｐｏｉｎｔｓ??，?ＪＨ?０?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００?１４００??Ｔｉｍｅ?（ｍｍ）??图１－４?（ａ）实验装置图；（ｂ）冷凝表面液滴状态变化图；（ｃ）有效传热系数的变化曲线图［４３］。??⑷⑴?ｎ?ｍ?ｈ?＂⑴??，：丄—一?＋?＇??／Ｕ?＼?ｆＶｗ?ｆｒｔＫ?「?Ｉ＾ｏＶＨｉｓ；Ｓｊｒｅｃｔ：Ｗｉ?＂１?ｙ?＿?＼??ｒ＾Ｊ??Ｄ＾Ｃ＾＾ＦＷＣ＾?＾?一＇?，、??营，ｉ：，??＾??（ａｌ?Ｆｔｍｉ?ｖｉｅｗ－?（ｂ）?Ｓｉｄｅ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｈｗａ！?ａｉｌａｒｇｃｍｃｎｔ?ｉｎ?ｂｌｕｅ?ｉｃｃｔａｎ＾＇ｉｅ??图１－５文献中通过表面能及微观结构调控蒸汽冷凝的实验图或模型示意图Ｐ１，４６，４９，％。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Pb液滴在Ni基底润湿铺展行为的分子动力学模拟[J]. 邱丰,王猛,周化光,郑璇,林鑫,黄卫东. 物理学报. 2013(12)
[2]接触角与液固界面热阻关系的分子动力学模拟[J]. 葛宋,陈民. 物理学报. 2013(11)
[3]蒸汽冷凝过程的分子团聚模型及其对不凝性气体影响传热性能的解释[J]. 兰忠,王爱丽,马学虎,彭本利,宋天一. 物理学报. 2010(09)
[4]液相中气相成核的二维分子动力学模拟[J]. 王金照,陈民,过增元. 科学通报. 2003(02)
[5]团簇物理学[J]. 王广厚. 物理. 1995(01)
博士论文
[1]蒸气冷凝过程微尺度特性的实验和理论研究[D]. 宋天一.大连理工大学 2010
本文编号：3442565
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（ａ）液膜破裂假说示意图；（ｂ）固定成核点假说示意图；（ｃ）珠膜共存假说示意图
山东大学硕士学位论文??过程，并没有进行阐释。因此，学者们提出分子团聚成核这一微观过程的物理模型??［３３－３５］。团簇成核物理模型如图１－３所示。??分子团聚体是由有限数目的分子通过物理结合力组成的微观集合体，其物理??性质随着所包含的原子数目的变化而发生变化。分子团聚体的空间尺度从几埃到??几百埃不等，大于分子的尺度，又远远小于宏观材料的尺度，可以将其看成是介于??分子与宏观物体之间的物质结构新层次，即团簇。团簇代表了凝聚态物质的初始状??态［３６］。因此，分子团聚体的物理性质既不同于单个分子，又不同于宏观材料，它的??物理性质与气体和液体的物理性质相似却又存在不同，比如团簇的物性参数能够??由体相液体中选取出来［３７，?Ｗ，而团簇能够在气相中自由运动［３４］又展现出了气相分??子的特征。分子团聚模型提出后，其合理性逐渐被证实，并被应用于不同条件下的??蒸汽冷凝体系。Ｂｒｅｃｈｉｇｎａｃ等人研究了簇状沉积在非晶碳基底上的成核和生长，??结果表明冷凝表面的凝结相随冷凝进行逐渐呈岛状分布，并发现入射簇是一个可??以在室温下独立监控平均岛大小和岛密度的优质参数。以Ｍｕ等人＠４（）］研宄获得??的初始液滴在冷凝表面的尺寸分布数据为基础，Ｓｏｎｇ等人［３４，３５］通过实验得到了露??点冷凝中液滴尺寸分布，并将数据与团簇尺寸分布特征进行比较，得出了蒸汽分子??由气相转化为液相的微观物理图景：蒸汽分子首先形成特定尺寸分布的团簇，而后??团簇聚集在冷凝表面，随着冷凝继续进行长大成为初始液核。此后，Ｌａｎ等人ｔ４１，４２Ｉ??将分子团簇模型引入蒸汽冷凝体系和低压冷凝过程，模型预测结果与实验值的良??好吻合又一次证实了分子团簇模型的
?２．ｃ３，，ｄＨ５ｈ??：：錢纖＾?２?ｉｆｆ：?＇??＇２Ｂ２ｈ?Ｚ７０ｈ??Ｓｕｐｅｒｔｉｙｄｒｏｐｈ￡＾＞ｉｃ?々?：??＇?麗?：?．圓??Ｈ?？?（ｉｔｍ?＝?：?＾＇?Ｉ?．＾〇４?ａ－－－－４＃．．－３＇－－??＇：：１??Ｉ?｜??ＩＩ?１１１?＾ｐｑｚｚｊｚｚｚｚｐｚｚｚｑ??Ｂ?■■?＾?ｉｍｅｒｐｏｉａｔｅｄ?Ｄａｔａ?Ｐｏｉｎｔｓ??，?ＪＨ?０?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００?１４００??Ｔｉｍｅ?（ｍｍ）??图１－４?（ａ）实验装置图；（ｂ）冷凝表面液滴状态变化图；（ｃ）有效传热系数的变化曲线图［４３］。??⑷⑴?ｎ?ｍ?ｈ?＂⑴??，：丄—一?＋?＇??／Ｕ?＼?ｆＶｗ?ｆｒｔＫ?「?Ｉ＾ｏＶＨｉｓ；Ｓｊｒｅｃｔ：Ｗｉ?＂１?ｙ?＿?＼??ｒ＾Ｊ??Ｄ＾Ｃ＾＾ＦＷＣ＾?＾?一＇?，、??营，ｉ：，??＾??（ａｌ?Ｆｔｍｉ?ｖｉｅｗ－?（ｂ）?Ｓｉｄｅ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｈｗａ！?ａｉｌａｒｇｃｍｃｎｔ?ｉｎ?ｂｌｕｅ?ｉｃｃｔａｎ＾＇ｉｅ??图１－５文献中通过表面能及微观结构调控蒸汽冷凝的实验图或模型示意图Ｐ１，４６，４９，％。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Pb液滴在Ni基底润湿铺展行为的分子动力学模拟[J]. 邱丰,王猛,周化光,郑璇,林鑫,黄卫东. 物理学报. 2013(12)
[2]接触角与液固界面热阻关系的分子动力学模拟[J]. 葛宋,陈民. 物理学报. 2013(11)
[3]蒸汽冷凝过程的分子团聚模型及其对不凝性气体影响传热性能的解释[J]. 兰忠,王爱丽,马学虎,彭本利,宋天一. 物理学报. 2010(09)
[4]液相中气相成核的二维分子动力学模拟[J]. 王金照,陈民,过增元. 科学通报. 2003(02)
[5]团簇物理学[J]. 王广厚. 物理. 1995(01)
博士论文
[1]蒸气冷凝过程微尺度特性的实验和理论研究[D]. 宋天一.大连理工大学 2010
本文编号：3442565
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3442565.html
