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表面纳米结构及其自由能对滴状冷凝传热的影响工程热物理学报马学虎汪明哲忠王四芳李晓楠0言1兰久研究表明冷凝传热特性随着表面自由能差的增[1~[4]大或者液固表面自由能差越大、接触角滞后越小或脱落直径越小则冷凝传热系数越高。本文重点在于考察由表面纳米结构与自组装膜构造的具有不同静态接触角的疏水表面对滴状冷凝传热的影响。本实验制备了两种不同表面微结构和疏水性能SAM蚐一一砻娴闹票阜椒ㄈ缦拢抛光去酯清洗;菅趸淌创恚十八烷基硫醇分子自组装膜改性。表面的制备则无氧化刻蚀处理步骤。分别测量两种表面的表观接触角,扫描电镜表征,并分别在两种表面上进行了常压条件下的冷凝传热实验。传热实验中,冷凝块用聚四氟乙烯绝热,沿冷凝块中心轴向按一维稳态导热处理。沿冷凝块轴向安插四只热电偶,通过测量轴向的温度梯度推算铜基体与涂层结合处的表面温度。若涂层热阻可以忽略,则认为铜基体与涂层结合处的温度即为冷凝面的温度,进而计算过冷度。并根据傅立叶一维导热定律,利用冷凝块轴向温度梯度计算冷凝传热通量。实验[5]第卷第期年月罅砉ご笱ЩЧこ萄芯克赡罅摘要通过抛光和氧化刻蚀方法在基体壁面形成微米和纳米尺度的微观结构,然后制备十八烷基硫醇分子自组装膜,从而得到空气中表观接触角为5腟一砻婧涂掌斜砉劢哟ソ俏。的表面。实验研究了常压条件下两类表面的滴状冷凝传热特性。结果表明两种表面都能够有效提高冷凝传热效果。但是,具有表面纳米结构的表面的滴状冷凝传热特性低于表面。分析了纳米结构和液固自由能差效应对滴状冷凝传热影响的共同作用机理。关键词滴状冷凝传热;表面自由能差;表面纳米结构;疏水表面TKl24A文章编号:MingZhe,circumstancethesurface(SAM1)一SAM1The收稿日期:——;修订日期:——基金项目:国家自然科学基金;教育部新世纪优秀人才基金项目甆;大连理工大学博士启动基金作者简介:马学虎,男,内蒙古兴和人,教授,博士生导师,主要从事传热传质与强化节能技术研究。XueHu—XiaoNansurfacesAfter猳.—。.—
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24-01C2接触角采用徒哟ソ遣饬恳—,德国舛ǹ掌兴赟一蚐一2SAM1角为#琒一砻娴慕哟ソ俏。;测定了SAM11141扫描电镜照片采用扫描电镜表征分子自组装膜表面形态,如2SAM1构和更细小的乳突状结构构成的、具有双重粗糙度的阶层结构,这对在空气中表面呈现较大的静态接Cassie[610+1)10米结构的表面的接触角为!。为光滑的SAM21161(1)咖。.。可见,在空气中,当液滴静置于具有纳米结构上时,液滴和固体表面直接接触的面积占整个接触面积的%,而约%的面积与空气接触。这是由于在空气中,表面的纳米结构中存留空气,当水滴与表面接触时,由于纳米结构经过了疏水自组装膜修饰,水滴难以渗入纳米结构内部,使得水滴的底面一部分与空气相接触,一部分与离散的表面突起相接触。可见,与抛光预处理的表面相比,表面气液固三相之间的界面现象发生了改变,使得空气中表面上的静态接触角大于表面。对比图和图,相同表160114SAM1[7]冷凝传热实验结果分别对、进行竖直壁面的水蒸气冷凝传热实验