纳秒激光微织构铜超疏水表面的冷凝传热性能研究
发布时间：2022-02-14 09:59
蒸气冷凝在工业领域常运用于能源、化工、制冷、微电子、电池等领域,其中滴状冷凝是传热效率最高的相变传热模式,而制备出超疏水表面是实现滴状冷凝的重要因素。针对一般金属超疏水表面的后处理方法常用有机物修饰,存在环境污染,热阻高、加工效率低、容易脱落等问题,面向铜部件蒸汽冷凝传热的应用要求,提出绿色后处理辅助的激光微纳织构技术。利用纳秒激光对H62黄铜表面进行微纳织构,结合后续热处理工艺,制备出超疏水表面。首先研究激光参数对微织构H62黄铜超疏水组织和性能的影响。通过光学显微镜、表面轮廓仪、扫描电镜（能谱仪/EDS）、X射线光电子能谱分析（XPS）等检测手段分析激光微织构铜板的表面形貌特征,结果发现纳秒激光微织构铜板表面能形成微纳周期结构,激光参数影响铜板表面的显微结构,进而影响润湿性能。而采取“井”字形编织所形成的规则微纳二级结构表面对超疏水性能的产生起到了作用。然后通过搭建的冷凝传热测试平台试验研究发现,在脉宽不变的情况下,随着激光单脉冲能量增大,冷凝传热性能也越好。在此基础上建立冷凝传热模型,分析表面自由能,发现热处理工艺可以有效地降低冷凝面的表面能。经过EDS、XPS分析发现,热处理促...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)发电站的冷却水回收；(b)基于冷凝蒸发的海水淡化；(c)铜制管道阀门；(d)冷凝换热器
传热上的要是表面的润湿性造成的，其表现形式为超疏水超亲表面重要特性之一，材料表面的化学成分以及表面微观形貌以多相性是导致材料表现具有不同润湿性的主要原因[15-17]，英国（Thomas Young）在 1805 年首先研究了液体与固体间相互作用于界面张力的毛细现象理论[18]由此而提出了基于理想光滑固体如图 1.2a 所示，在理想光滑表面的平衡状态下，固-液-气三相界下关系：σ σσCosθSGSLLG= +（ θ 为固-液-气三相平衡时的接触角，从公式可以明显看出液体对关系，我们得出固体表面的的化学性能是表面润湿性的一个重此之外，固体表面的表面粗糙度也与固体表面的润湿性息息相明单一改变其中一个要素而想得到超疏水是不够的，对此 Nak测量了 CF3基团表面自由能，经过试验这种表面具备有最低的续通过测试发现其与液滴所形成的接触角只有 119°左右。
图 1.3 液膜破裂机理模型（2）固定成核中心假说Tammann 和 Boehme 提出了固定成核中心假说[28]，如图 1.4 所示，该假说认为蒸汽遇到冷凝面时，蒸汽会随机的在冷凝面上面形成尺寸极小的核，而蒸汽会在核的基础上形成液滴，随着蒸汽持续在冷凝面上冷凝，液滴进一步长大且与相邻的的液滴进行合并，当液滴达到脱落直径时，液滴就会从冷凝面上脱落下来，暴露出来的凝结核心会被新的蒸汽包裹，而这些新的区域则又为蒸汽在其表面进行形核提供空间，然后这一过程进入一个循环阶段。
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面微织构麻花钻干钻削45钢的钻削性能研究[J]. 邓大松,郭旭红,沈翔宇,陆历历,郭大林. 组合机床与自动化加工技术. 2017(12)
[2]飞秒激光加工织构及织构对磨损的影响研究[J]. 何霞,廖文玲,王国荣,李梦媛,蒋龙. 激光与红外. 2017(10)
[3]激光处理对民机复合材料胶接维修母体表面自由能的影响研究[J]. 杨文锋,李俊磊,曹宇,赖跃,唐庆如. 硅酸盐通报. 2015(S1)
[4]组合表面调控液滴特性强化蒸汽冷凝传热[J]. 彭本利,马学虎,兰忠,徐威,温荣福,白涛. 化工学报. 2015(10)
[5]表面织构陶瓷刀具切削性能研究[J]. 邢佑强,邓建新,张国栋,张克栋. 中国工程机械学报. 2014(06)
[6]Residual stress induced wetting variation on electric brush-plated Cu film[J]. 孟可可,江月,江忠浩,连建设,蒋青. Chinese Physics B. 2014(03)
[7]铝合金表面有机硅烷超疏水膜的制备及其耐蚀性[J]. 罗和义,王芳,王景刚,李彦妮. 材料保护. 2011(05)
[8]滴状冷凝传热的多尺度规划与最佳接触角[J]. 马学虎,彭本利,兰忠,王爱丽,王四芳,张崇峰,白涛. 工程热物理学报. 2011(02)
[9]低压蒸汽滴状冷凝传热性能的实验研究[J]. 马学虎,兰忠,王爱丽,汪明哲,王四芳,张崇峰,白涛. 工程热物理学报. 2010(03)
[10]润湿性表征体系及液固界面张力计算的新方法（Ⅱ）[J]. 朱定一,张远超,戴品强,罗晓斌. 科学技术与工程. 2007(13)
博士论文
[1]超疏水表面上冷凝液滴的润湿状态和动态行为及其传热[D]. 孙玮.大连理工大学 2015
[2]仿生超疏水金属表面的制备与性能研究[D]. 孟可可.吉林大学 2014
硕士论文
[1]基于无机纳米结构调控材料表面润湿性[D]. 郭翠.天津理工大学 2013
本文编号：3624343
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)发电站的冷却水回收；(b)基于冷凝蒸发的海水淡化；(c)铜制管道阀门；(d)冷凝换热器
传热上的要是表面的润湿性造成的，其表现形式为超疏水超亲表面重要特性之一，材料表面的化学成分以及表面微观形貌以多相性是导致材料表现具有不同润湿性的主要原因[15-17]，英国（Thomas Young）在 1805 年首先研究了液体与固体间相互作用于界面张力的毛细现象理论[18]由此而提出了基于理想光滑固体如图 1.2a 所示，在理想光滑表面的平衡状态下，固-液-气三相界下关系：σ σσCosθSGSLLG= +（ θ 为固-液-气三相平衡时的接触角，从公式可以明显看出液体对关系，我们得出固体表面的的化学性能是表面润湿性的一个重此之外，固体表面的表面粗糙度也与固体表面的润湿性息息相明单一改变其中一个要素而想得到超疏水是不够的，对此 Nak测量了 CF3基团表面自由能，经过试验这种表面具备有最低的续通过测试发现其与液滴所形成的接触角只有 119°左右。
图 1.3 液膜破裂机理模型（2）固定成核中心假说Tammann 和 Boehme 提出了固定成核中心假说[28]，如图 1.4 所示，该假说认为蒸汽遇到冷凝面时，蒸汽会随机的在冷凝面上面形成尺寸极小的核，而蒸汽会在核的基础上形成液滴，随着蒸汽持续在冷凝面上冷凝，液滴进一步长大且与相邻的的液滴进行合并，当液滴达到脱落直径时，液滴就会从冷凝面上脱落下来，暴露出来的凝结核心会被新的蒸汽包裹，而这些新的区域则又为蒸汽在其表面进行形核提供空间，然后这一过程进入一个循环阶段。
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面微织构麻花钻干钻削45钢的钻削性能研究[J]. 邓大松,郭旭红,沈翔宇,陆历历,郭大林. 组合机床与自动化加工技术. 2017(12)
[2]飞秒激光加工织构及织构对磨损的影响研究[J]. 何霞,廖文玲,王国荣,李梦媛,蒋龙. 激光与红外. 2017(10)
[3]激光处理对民机复合材料胶接维修母体表面自由能的影响研究[J]. 杨文锋,李俊磊,曹宇,赖跃,唐庆如. 硅酸盐通报. 2015(S1)
[4]组合表面调控液滴特性强化蒸汽冷凝传热[J]. 彭本利,马学虎,兰忠,徐威,温荣福,白涛. 化工学报. 2015(10)
[5]表面织构陶瓷刀具切削性能研究[J]. 邢佑强,邓建新,张国栋,张克栋. 中国工程机械学报. 2014(06)
[6]Residual stress induced wetting variation on electric brush-plated Cu film[J]. 孟可可,江月,江忠浩,连建设,蒋青. Chinese Physics B. 2014(03)
[7]铝合金表面有机硅烷超疏水膜的制备及其耐蚀性[J]. 罗和义,王芳,王景刚,李彦妮. 材料保护. 2011(05)
[8]滴状冷凝传热的多尺度规划与最佳接触角[J]. 马学虎,彭本利,兰忠,王爱丽,王四芳,张崇峰,白涛. 工程热物理学报. 2011(02)
[9]低压蒸汽滴状冷凝传热性能的实验研究[J]. 马学虎,兰忠,王爱丽,汪明哲,王四芳,张崇峰,白涛. 工程热物理学报. 2010(03)
[10]润湿性表征体系及液固界面张力计算的新方法（Ⅱ）[J]. 朱定一,张远超,戴品强,罗晓斌. 科学技术与工程. 2007(13)
博士论文
[1]超疏水表面上冷凝液滴的润湿状态和动态行为及其传热[D]. 孙玮.大连理工大学 2015
[2]仿生超疏水金属表面的制备与性能研究[D]. 孟可可.吉林大学 2014
硕士论文
[1]基于无机纳米结构调控材料表面润湿性[D]. 郭翠.天津理工大学 2013
本文编号：3624343
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