马学虎
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彭本利
,
兰忠
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王爱丽
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王四芳
,
张崇峰
,
白涛
工程热物理学报
滴状冷凝传热过程具有典型的多尺度特征,一方面体现于壁面上液滴尺寸分布的空间多尺度特征以及液滴生长过程的时间多尺度分布,另一方面体现于冷凝壁面物理化学特性以及液固相互作用特性的描述和量度上的多尺度特征.本文基于包含界面效应影响的滴状冷凝传热模型,分析了液滴尺寸分布的多尺度特征及其对滴状冷凝传热性能的影响,并通过分析液滴尺寸、接触角等因素与平均冷凝传热性能的关系,进行多尺度分析规划,得到冷凝壁面传热性能最佳时的接触角.
关键词:
滴状冷凝传热
,
多尺度现象
,
最佳接触角
彭本利
,
兰忠
,
徐威
,
温荣福
,
白涛
,
马学虎
工程热物理学报
超疏水表面上液滴合并诱导液滴弹跳对强化含不凝气的蒸气冷凝具有重要的作用,但是,液滴合并诱导液滴弹跳现象的理论分析还不够完善,理论计算结果与实验值相差甚远.本文利用格子Boltzmann多相流模型模拟了液滴合并过程液滴的动态演化以及合并过程中液滴内部的速度场分布,分析了液滴合并过程中释放的表面自由能的分配情况.基于模拟结果,利用能量守恒的方法对超疏水表面液滴合并诱导液滴弹跳高度进行了理论分析,考察了表面黏附功、接触角滞后、空气阻力、液滴合并质心变化消耗的能量以及液滴自身黏性耗散的影响.结果显示理论计算值与实验值吻合良好.
关键词:
液滴合并
,
弹跳
,
LBM模拟
,
超疏水表面
温荣福
,
兰忠
,
彭本利
,
徐威
,
李继翔
,
马学虎
工程热物理学报
利用红外热成像技术研究了蒸汽滴状冷凝中液滴合并过程表面温度分布及演化机制,并基于此分析了不同尺寸液滴表面温度随传热通量变化的分布规律.实验结果表明:与蒸汽在微小液滴表面发生连续冷凝不同,液滴合并过程中蒸汽通过四个阶段实现在大液滴表面的周期性冷凝传热;其中,在液滴吸收蒸汽冷凝放热阶段和向壁面传热阶段之间存在一个平衡,高热通量时,蒸汽向液滴表面传热过程占主导,液滴表面温度随尺寸增加而升高;低热通量时,液滴向冷凝壁面传热过程占主导,液滴表面温度随尺寸增加而降低.液滴运动引起的蒸汽在大液滴表面直接冷凝过程为强化低压蒸汽冷凝传热提供了新思路.
关键词:
滴状冷凝
,
红外热成像
,
表面温度
,
液滴合并
,
低压蒸汽
彭本利
,
兰忠
,
徐威
,
温荣福
,
白涛
,
马学虎
工程热物理学报
液滴的快速脱落和移除对蒸汽滴状冷凝传热具有重要的影响,超疏水表面由于具有接触角大,接触角滞后小的优点而用于驱动冷凝液滴的自发运动,但是,常压蒸汽在超疏水表面冷凝时,液滴的润湿形态还没有定论.本文设计了超疏水疏水条纹间隔排列的超疏水-疏水组合表面,研究了常压蒸汽在组合表面上的冷凝过程,观测了液滴的运动特性,测量了超疏水-疏水组合表面上常压蒸汽冷凝传热性能.实验结果显示疏水区液滴在表面张力差的作用下从疏水区向超疏水区自发迁移,说明超疏水区液滴处于Wenzel润湿形态,超疏水疏水组合表面蒸汽冷凝传热性能比完全超疏水和完全疏水表面传热性能的面积加权平均值大.说明液滴的自发迁移运动强化了疏水区的传热性能.
关键词:
超疏水-疏水组合表面
,
润湿形态
,
液滴自发迁移
,
强化传热
马学虎
,
温荣福
,
兰忠
,
张崇峰
,
王四芳
,
彭本利
工程热物理学报
本文利用自组装技术制备了铜基十八烷基硫醇疏水表面（SAM）,通过红外热像仪分析了低压条件下液滴表面和换热表面的温度分布以及液滴脱落引起的温度分布演变。实验结果表明：低压蒸汽冷凝条件下,冷凝表面局部温度分布不均匀;单个液滴表面温度呈中心高边缘低的凸型分布;随着液滴半径的增加,液滴表面温度升高;相同操作压力下,随着过冷度的增加,液滴表面温度降低。在液滴脱落过程中,液滴表面温度逐渐升高,同时裸露出的换热表面局部过冷度增大,局部表面温度呈现出中心低周围高的凹型温度分布,随之恢复到液滴脱落前的温度。随着蒸汽压力降低,冷凝临界过冷度增加,导致裸露表面上具有更低温度的中心区域核化点密度高,最终加剧了整个换热表面液滴尺寸分布的非均匀程度。
关键词:
低压蒸汽
,
滴状冷凝
,
红外热像
,
表面温度
徐威
,
兰忠
,
彭本利
,
温荣福
,
马学虎
工程热物理学报
将瞬态团簇尺寸分布模型引入蒸汽冷凝体系,通过求解描述团簇增长的动力学方程,模拟研究了特定冷凝条件下团簇及微小液滴尺寸分布的演化特征.模型结果表明,核化过程中,团簇/微液滴尺寸分布迅速从单调递减式分布转变为近似正态分布特征.随着时间延长,尺寸分布的峰值向团簇/微液滴尺寸增加的方向移动.在壁面冷凝过程中,核化生成的最小液滴也具有一定分布,进一步完善了经典冷凝理论中对初始冷凝过程液滴分布和演化过程的描述.同时模拟结果与文献报道的微米级液滴生长演化趋势相似,表明较大尺寸液滴分布特征是核化阶段团簇/微液滴尺寸分布特征进一步演化的结果,揭示了冷凝过程液滴尺寸分布演化的微观物理本质.
关键词:
非均相核化
,
团簇
,
微液滴
,
瞬态尺寸分布
兰忠
,
马学虎
,
王爱丽
,
彭本利
,
王四芳
,
朱霞
工程热物理学报
研究了低压条件对滴状冷凝过程液滴生长特性的影响。首先，研究了超疏水表面上空气环境和蒸汽环境中附着液滴的接触角，发现蒸汽环境中的接触角比空气环境中的小，而蒸汽压力对接触角没有显著影响。第二，实验研究了冷凝过程中的液滴的生长周期和脱落尺寸，液滴的脱落半径随压力的降低而增大，生长周期也随之延长。第三，实验研究了液滴合并生长速率，并结合理论分析直接冷凝长大的生长速率，直接冷凝生长速率随压力的减小而减小，并随过冷度的减小而下降，而实验范围内合并生长速率不受压力影响。第四，根据滴状冷凝液滴分布的时间序列模型，分析了不同压力下液滴生长的临界尺寸，随着压力的降低，液滴生长方式的临界尺寸增大。
关键词:
滴状冷凝
,
低压蒸汽
,
液滴生长速率
,
临界尺寸
彭本利
,
徐威
,
温荣福
,
兰忠
,
白涛
,
马学虎
工程热物理学报
滴状冷凝过程中,存在蒸汽流动对液滴的吹扫作用,液滴在蒸汽剪切作用下克服壁面黏附变形和运动,液滴运动速度越大,冷凝传热性能越高.但是液滴在蒸汽作用下变形和运动的细节还不清晰,蒸汽速度对液滴变形和运动的影响机理还不明确.本文采用自由能格子Boltzmann方法研究了在不同蒸汽速度剪切作用下,液滴在具有不同润湿性固体表面上的变形和运动过程,分析了蒸汽速度和接触角对液滴变形和运动的影响机制,结果显示随着蒸汽速度的增加,液滴变形越大,液滴在固体表面的运动速度越大,停留时间越短,有利于液滴的移除和表面更新,相同蒸汽速度的作用下,液滴在接触角大的固体表面上变形和运动速度越大,也有利于液滴的移除和表面更新.从而定性或半定量地揭示了蒸汽速度影响蒸汽滴状冷凝传热的物理机制.
关键词:
蒸汽剪切
,
液滴变形
,
液滴运动
,
格子Boltzmann模拟
