蒸汽珠状冷凝传热的研究进展

蒸汽在固体表面的冷凝现象普遍存在于自然和生产生活当中.探究凝结液生成机理和热质输运过程,对实现凝结过程有机调控具有重要价值.珠状冷凝由于其高效的换热能力及其在防冰除湿、海水淡化等领域的重要作用,备受学界关注.功能界面制备技术的快速发展助力了传热调控的迅速发展,帮助加深了对相关机理的理解,同时也催生了许多新的科学问题和研究方向.本文通过介绍部分代表性工作,回顾了蒸汽珠状冷凝的研究历史,讨论了其形成机理,总结了传热模型的发展历程和功能表面的制备技术,归纳了存在的问题并探讨了未来的研究方向.     

填料塔最小润湿速率的数学模型

用液体沿垂直壁面的膜状流动来模拟液体在填料表面的流动，用固定床的特性参数来模拟填料层，导出求算整砌填料层和乱堆填料层最小润湿速率的数学模型．还讨论了数学模型的计算结果．     

用于数字微流体器件的介质上电润湿(EWOD)液滴产生器

介质上电润湿(EWOD)是指通过在介质层下面的微电极阵列上施加电势来控制液体和固体介质层表面之间的润湿特性. 研制出了EWOD液滴产生器的原型. 它采用“三明治”结构: 液体被夹在上下电极之间; 下极板用硅作为微电极阵列衬底、低压化学气相淀积(LPCVD)制备的Si3N4薄膜作为介质层, 感应耦合等离子体化学气相淀积(ICP-CVD)制备的碳氟聚合物薄膜作为厌水层; 上极板是覆盖有厌水层的透明导电玻璃板. 为了得到产生液滴所需要的最小电压, 对液滴产生的过程和临界条件进行了理论分析. 在35V电压下实现了包围在硅油中的去离子水液滴的产生.     

界面特性对聚合物驱油时驱替速度的影响分析

针对界面特性（界面流变特性、界面张力特性、润湿性）在聚合物驱油过程中的重要性,将油藏孔隙介质简化成具有相继收缩和扩张的波纹管模型,根据能量平衡原理建立了波纹管中聚合物溶液驱替时的界面特性参数和驱替速度之间的数学模型,用有限差分方法求解,研究了界面粘度、界面张力、润湿角变化对聚合物/油界面速度的影响。研究结果表明：润湿性变化影响界面的驱替速度,当界面的曲率方向与驱替方向相反时,无因次界面张力和无因次界面粘度的增加都使无因次界面轴向速度降低,且界面轴向驱替速度关于孔隙单元中心不对称。     

滴灌条件下土壤渗流数值模拟研究

基于弹性不稳定渗流过程的基本特征,考虑了土壤及水的压缩性影响,建立了单点源滴灌条件下渗流微分方程,根据数值计算方法可以模拟不同灌溉时间及滴头流量条件下土壤水头分布和润湿锋距离。计算结果表明:随着滴头流量的增大和灌溉时间的延长,土壤压降漏斗前缘不断向外扩展;在相同的滴头流量条件下,润湿锋距离增加的幅度随着灌溉时间的延长而减小。     

AO捕收剂浮选稀缺难浮煤实验

针对稀缺难浮煤浮选回收率偏低的情况,研制一种AO浮选捕收剂。通过浮选实验和润湿热实验,比较AO捕收剂、煤油、柴油对稀缺难浮煤的浮选效果、浮选速度及三种药剂与难浮煤泥作用的润湿热。结果显示:AO捕收剂浮选稀缺难浮煤的最佳操作指标为,捕收剂与起泡剂质量配比3∶1、捕收剂与起泡剂总用量1.28 kg/t、矿浆浓度75 g/L;在精煤灰分大致相同的情况下,AO捕收剂的浮选精煤产率比煤油、柴油分别提高了11.33%和14.94%,浮选完善指标分别提高了6.18%和8.09%;AO捕收剂的浮选速度最快,与煤样作用的润湿热最大。验证性浮选实验结果进一步证明AO捕收剂是一种理想的难浮煤用浮选药剂,具有实际应用价值。     

润湿和不润湿现象的微观实质

从分子运动论出发,应用波尔兹曼分布定律阐明了液体附着层中分子数密度的分布规律,从而说明了液体润湿和不润湿现象的微观实质。     

Ar等离子体清洗Cu箔靶的实验研究

极薄的铜箔是惯性约束聚变中常用的靶材之一,要求密度达到晶体理论密度、表面洁净、粗糙度低、润湿性好,用常规方法清洗厚度在2 μm及以下的铜箔,难以达到要求.本实验采用Ar等离子体清洗2μm厚的铜箔,比较研究了Ar等离子清洗和常规清洗的不同,且对不同条件下清洗铜箔的表面性质进行研究.实验结果表明,常规有机溶剂清洗的铜箔,表面有微量的油污残留,暴露在空气中易氧化,经Ar等离子体清洗的铜箔,表面洁净、暴露在空气中不易氧化,Ar等离子体清洗-0～20 min,表面性质最佳,清洗彻底,润湿角明显减小(减小近20°),表面自由能增大(增大18.5%)、表面光洁度满足制靶要求.     

含有机溶剂的水滴在不同固体壁面润湿性的分子动力学

采用分子动力学方法对液滴在固体壁面上的润湿行为进行模拟计算,分析了不同含量溶剂的水滴在硅表面和碳表面的润湿行为,以及液滴在硅表面和碳表面的张力和两者之间相互作用能。结果表明:随着液滴中有机溶剂质量分数的增大,液体的表面张力随之减小,液滴与固体壁面之间的相互作用能增加,接触角随之减小;改变固体表面材料也可改变液滴与固体壁面之间的作用能,亲水表面上液滴与固体壁面之间的相互作用能较大,固体表面对液滴的吸引力较强,使得液滴在表面上的接触角减小,液滴在固体表面的润湿性能液滴增强。温度升高导致表面张力减小,但表面张力变化较小,因此接触角几乎不变。     

动态喷墨液滴两相流模拟（英文）

采用数值模拟方法研究了在平坦固体表面润湿时喷墨液滴的产生过程,以确定出发生液滴的关键.在考虑了表面张力和壁粘连的基础上,利用两相流之流体体积方法(VOF)建立了一个计算流体动力学模型来模拟湿平坦的固体表面上液滴过程.结果表明:基于VOF模型能够模拟润湿固体表面上液滴产生的动态,能够反映动态液滴与润湿固体表面间的相互作用和主要特征.这一模拟提高了对流体流动的认识,可以为一个特定的喷墨应用预测优化设计.