波槽管管外PTFE涂层滴状冷凝换热实验研究

波槽管是近期开发的一种强化管．为获得更好的传热效果，在波槽管管外敷设了聚四氟乙烯（PTFE）涂层，以得到滴状冷凝来改善管外换热状况．介绍了普通光管、波槽管、25μm涂层圆管、25μm和8μm涂层波槽管的凝结换热实验结果，并对其进行了分析．涂层圆管和涂层波槽管表面均得到了持续、良好的滴状冷凝，8μm涂层波槽管在略高于大气压的蒸汽环境中获得了最大的传热系数．     

滴状冷凝研究的进展

本文以大最的资料为依据,并结合笔者近年来的研究结果,对实现滴状冷凝的途径、滴状冷凝的机理及影响给热系数的因素进行了论述。0 概述滴状冷凝足发生在不润湿的表面上的,它与膜状冷凝的区别是,冷凝表面上不是连续的液膜而是大小不一的液滴。蒸汽首先在冷凝表面上的活化中心处冷凝,产生大量的微小液滴,这     

冷凝换热表面超疏水复合涂层的制备及性能

针对目前促成滴状冷凝换热的超疏水表面造价昂贵、热导率低和综合性能差等问题,以可溶性聚四氟乙烯、改性石墨烯(C)、气相二氧化硅等为原料,通过共混法在不锈钢基材上制备了用于冷凝传热表面的高导热超疏水复合涂层,并对其耐腐蚀能力、导热系数、强度和蒸汽冷凝传热性能进行测试分析。结果表明,涂层的耐酸腐蚀性能、导热性能强于304不锈钢,当含3%的C时,导热系数为18.188W·(m·K)^-1,在20%硫酸浓度恒温30℃条件下腐蚀速率为0.201mg·(cm²·h)^-1,和基材结合强度达38MPa。SEM分析表明,涂层疏水性能与气相二氧化硅含量有关,且质量分数为10%时接触角达155°。冷凝实验表明常压蒸汽在涂层表面冷凝时传热系数达120k W·(m²·K)^-1,大于不锈钢表面近10倍,并得出其滴状冷凝不持久的原因。     

实现水蒸汽滴状冷凝的表面材料研究

分别采用离子注入，等离子体聚合和动态离子束混合注入技术在黄铜管外表面制备了具有低表面能的非晶态离子注氮合金，聚六氟丙烯和聚四氟乙烯表面，实现了水蒸汽在常压下的滴状冷凝，实验结果表明，各种表面均能提高冷凝传热系数约２０倍，由于不同技术制备的表面形成滴状准凝的机制不同，各具有不同的特性，分析讨论了各种技术制备低表面能表面的特点及其应用前景。     

Cu—BTA低能表面强化冷凝传热研究

在铜基表面上制备出Ｃｕ－ＢＴＡ低能表面，经实验证明已稳定实现了水蒸汽滴状冷凝过程，其寿命已达２０００ｈ以上，实验还证明该表面对乙醇及乙二醇蒸汽的冷凝有强化作用，其冷凝传热系数可提高２０％，对该表面维持低表面能寿命的物理构型进行了分析，为今后该种表面的制备提供参考。     

Cu－BTA低能表面强化冷凝传热研究

在铜基表面上制备出Ｃｕ－ＢＴＡ低能表面；经实验证明已稳定实现了水蒸汽滴状冷凝过程，其寿命已达２０００ｈ以上．实验还证明该表面对乙醇及乙二醇蒸汽的冷凝有强化作用，其冷凝传热系数可提高２０％．对该表面维持低表面能寿命的物理构型进行了分析，为今后该种表面的制备提供参考．     

蒸汽冷凝初始液滴形成机理研究

蒸汽在过冷表面进行滴状冷凝时的初始液滴形成机理一直是悬而未决的问题.应用电子探针和扫描电镜两种方法对水蒸气冷凝前后镁表面上化学成分的变化进行了检测,发现冷凝后镁表面上氧含量明显增加,而且随着过冷度和冷凝时间的增加而增加.为了深入分析氧含量的增加是整个表面都反应造成的还是仅局部反应导致的,建立了镁与凝液反应的动力学关系,并推算出初始液滴所占面积分率远小于1的结果.同时电子探针的扫描检测结果证明氧元素在镁表面上的分布是不均匀的,凝液所占面积分率的图像处理结果与动力学计算结果相吻合.因此,初始形成的冷凝液仅在表面的局部区域产生,不是以薄液膜的形式覆盖表面,即滴状冷凝初始液滴的形成机理在纳米尺度下符合固定成核中心假说.     

超薄聚六氟丙烯表面滴状冷凝的传热

采用等离子体聚合技术制备了铜基聚六氟丙烯薄膜，并实现了水蒸汽的滴状冷凝。冷凝传热系数是相应膜状冷凝传热系数的１３～２６倍，冷凝寿命为８００ｈ。等离子体聚合工艺条件、基底金属发生腐蚀、聚合薄膜老化是影响滴状冷凝传热及寿命的主要因素。     

滴状冷凝的最小静接触角

通过比较同体积的球形液滴与球冠形液滴的化学势,证明了滴状冷凝的最小静接触角θ=70.67°,该值可以作为小接触角下实现滴状冷凝的下限.当θ≈106°时,两种液滴的化学势之差具有最大值,理论上可以认为它是滴状冷凝的最佳静接触角.     

紫铜表面多孔管的研制

为了充分利用工业热能,降低能量和金属资源的损耗,研究传热设备中换热元件强化传热的手段显得十分必要。加工多孔表面是一种强化传热的方法,由于表面汽化核心数的增加,大大提高了表面的沸腾给热系数;同时,多孔表面有利于涂敷四氟乙烯等,促使滴状冷凝的形成,强化冷凝传热。目前国内外加工多孔表面的方法主要有:机械加工法、高速烧结法、电镀法、火焰喷涂法等,这些方法各有特点,但工艺都比较复杂,有的只限于管子外表面的加工,而在性能上有的存在多孔质层与基体粘结不牢的问题。 电化学加工法(***M)是根据金属的电化学腐蚀原理对表面进行电解…     

大量不凝性气体存在时不同润湿性管束对流冷凝传热实验研究

为了实现工业中大量不凝性气体存在场合下蒸气的高效冷凝传热,建立了混合蒸气水平管束外对流冷凝传热实验系统,通过化学刻蚀与自组装方法对光管管束、2D肋管管束和3D肋管管束进行疏水与超疏水表面改性处理。当大量不凝性气体存在时,对不同润湿性管束表面的冷凝形式及管束间冷凝液流型进行可视化观测。实验研究了冷却水流速、混合蒸气流速、水蒸气体积分数等因素对不同润湿性的冷凝式换热器对流冷凝传热系数的影响,并分析不同水蒸气体积分数条件下管束效应的影响。通过实验研究发现,当大量不凝性气体存在时,冷凝液在管束间形成滴状流,水蒸气体积分数对不同润湿性的冷凝式换热器的对流冷凝传热特性影响显著,随着管排数增加,对流冷凝传热系数增大,管束效应对超疏水光管管束的强化作用最大,当水蒸气的体积分数约为11%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.53倍,而当水蒸气体积分数约为23%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.34倍。     

微米级余弦槽表面疏水性及冷凝传热实验研究

为了研究余弦微槽结构的疏水性和冷凝传热性能,首先制备了不同槽峰高度和槽距的微米级余弦槽结构表面,实验研究了不同结构微槽表面的静态接触角及其对滴状冷凝传热性能的影响,并对冷凝传热过程中液滴在微槽表面合并、脱落过程进行实验研究和热力学分析。结果表明,液滴在微槽表面的疏水性和传热性能都呈现明显的各向异性,横向静态接触角θ⊥明显高于纵向接触角θ∥。同时,冷凝传热过程中竖直纵槽阻碍液滴的横向合并,但其对液滴脱落过程起到极大促进作用,传热性能较光滑表面提高30%~50%,且峰距比越大液滴的脱落半径越小、脱落频率越高,表面传热效率也越高。水平横槽则相反,虽然增大峰距比促进了液滴合并,但却对其脱落过程产生不利影响,导致整体传热性能较纵向槽表面大幅下降,与光滑表面接近。引入表面润湿率对微槽表面的液滴脱落半径进行热力学计算,计算值与实验结果吻合较好,误差在20%以内。     

涂层烧结状态对离心铸钢管表面质量的影响

对各种不同耐火填料组成的耐火涂层进行电镜扫描分析，研究了涂层烧结状况与铸管表面质量的关系，特别是对铸管表面气孔形成的机理进行了深入分析。结果表明耐火涂层的导热性、烧结温度、烧结速度和金属液的冷凝速度将直接影响气孔缺陷的产生。降低涂层的热传导性能、控制涂层的烧结程度可有效地避免铸管产生气孔缺陷。     

滚动脱落实现滴状冷凝的分析

讨论了在重力场中，凝结水在疏水性壁面上从球冠形凝结水生成，长大直至脱落的全过程。验证了滚脱落是滴状冷凝的充分条件，定性分析了疏水效应的微观机理。     

沿不同垂直表面进行层流膜状冷凝的研究

本文采用四种不同垂宜表面,在温差变化的条件下,进行水蒸汽在管外作层流膜状冷凝,管内冷却水作强制对流的传热实验。并就层流膜状冷凝的特点进行探讨,为较低温差下的冷凝传热的强化提供一些实验数据和理论分析。 本文参考Faghri,M.[1]的基本方法,对所做实验的沟槽管进行了分析,得到了管外冷凝水蒸汽,管内冷却介质逆流流动时,温度沿管长的分布关系式。并用实验结果进行对比和修正,同光滑管的相应结果进行了比较。 一、实验内容和结果1.内容和装置 四种垂直表面分别为光滑、粗糙、沟槽和带吸液芯的沟槽表面。粗糙表面是具有多孔性金属涂层的…     

线张力对接触角影响的理论分析

通过引入“线张力”的概念，分别用力学和热力学的方法导出固体表面上液滴平衡时接触角应满足的条件，即对Young方程进行修正．并得到了液滴系统自由能随接触角变化的曲线，从理论上说明在理想固体表面上线张力可以造成液滴接触角的多值现象．结果表明，由液滴形变作用引起的线张力变化是影响接触角测量准确性的一个重要因素．对于深入认识线张力在液滴运动以及滴状冷凝传热过程中的作用有积极意义．     

圆形径向梯度表面能材料表面的凝结换热系数

在均质表面上的单个球缺形液滴换热模型和液滴通用尺度分布规律的基础上,结合梯度表面能材料表面上的液滴分布和凝结换热特性,得到了圆形径向梯度表面能材料表面上的滴状凝结换热计算式．在此基础上,研究了壁面过冷度、接触角梯度、工质物性等参数对梯度表面能材料表面滴状凝结换热性能的影响．     

纳米SiO2粒子复合对聚脲涂层耐蚀性能的影响

采用紫外光暴露+冷凝的紫外加速老化试验,结合表面形貌观察测试了纳米SiO2粉体复合聚脲涂层的光老化性能,采用3·5%NaCl溶液浸泡试验测试了涂层的耐海水浸泡腐蚀性能,通过场发射扫描电子显微镜、自腐蚀电位和交流阻抗图谱等分析了不同涂层的耐蚀性能.结果表明:纳米SiO2粉体显著提高了芳香族聚脲涂层的耐蚀性能,自腐蚀电位由-40mV升高至60mV,电化学阻抗模值增加了约一个数量级,涂层进入迅速老化阶段的时间延长了约120h,在3·5%NaCl溶液中的浸泡寿命提高了约600h.     

超滑表面防冰与疏冰机理研究

为解决高湿度条件下超疏水表面防冰失效问题,提出了一种新型多孔超滑表面。基于自组装技术,提出新型超滑表面(HPO-SLIP)涂层表面制备方法,即通过构建超疏水粗糙多孔基底进而涂覆润滑油制备获得超滑表面,并对其润湿特性和微观形貌进行表征,最后对其防冰与疏冰特性进行实验研究。实验结果表明:与超疏水表面相比,超滑表面冷凝液滴孤立冻结,无"冰桥"扩展,结冰扩散速度慢;超滑表面与冷凝冻结液滴接触属于固-油-固接触模型,油膜动态迁移分布影响成核结冰;对于疏冰特性,超滑表面冰黏附剪切强度比亲水表面低一个数量级。综合分析发现,与亲水表面、超疏水纳米草表面、超疏水微纳复合表面相比,超滑表面具有最优的防冰传播特性与疏冰性能,可以有效减少冰积累量。     

换热器表面疏水涂层的制备及性能测试

在可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)及环氧树脂(EP)中添加纳米二氧化硅等材料，制备了应用于冷凝式换热器表面的超疏水自清洁性复合涂层。对复合涂层进行接触角、导热系数、耐磨性、结合强度及自清洁性测试，研究其综合性能。测试结果表明，含7.5%～9.4%纳米SiO₂的PFA涂层与含1.4%～2.3%纳米SiO₂的PTFE涂层接触角均在150°以上，其表面自清洁性优异。添加0.8%～1.7%的石墨可将涂层的导热系数由0.2 W·m^-1·K^-1提升至2 W·m^-1·K^-1以上。涂层的耐磨性随SiC含量的增加而提升，对于PFA超疏水涂层，添加SiC能使涂层被砂纸打磨后仍能保持良好的疏水性。EP涂层的结合强度达ASTM(美国材料与试验协会)等级5B,PFA涂层为4B,PTFE涂层为3B。