表面纳米结构及其自由能对滴状冷凝传热的影响

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160°的SAM-1表面和空气中表观接触角为116°的SAM-2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SAM-1表面的滴状冷凝传热特性低于SAM-2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.     

基于人工神经网络的滴膜共存冷凝传热模型的研究

为了研究影响滴膜共存冷凝传热特性的因素,如滴膜区间面积比、滴膜相对位置、表面分割方式,表面过冷度等对冷凝传热的特性共同作用,本文应用人工神经网络技术,建立表面分割数、滴膜区面积比、凝液环数、表面过冷度与强化传热比之间的综合评价预测模型。结果表明,基于Matlab语言的人工神经网络模型具有较高的预测准确率及泛化能力,能够很好的评价和预测不同条件下的冷凝传热特性。     

自组装硫醇分子膜电输运特性的导电原子力显微镜研究

在Au(111)表面自组装制备了不同链长的烷烃硫醇分子膜，并利用导电原子力显微镜研究了 自组装分子膜的输运特性随外加压力的变化.结果发现分子膜的电流随压力的增加而增大， 其变化特征可以较好地用Hertz模型描述.在相同压力和电压下，通过分子膜的电流随分子链 长的增加呈指数衰减，其衰减因子先随压力的增加而减小，后逐渐趋于稳定.此外，长链分 子自组装膜的电流随压力的变化比短链分子膜更为明显.分析表明，自组装硫醇分子膜输运 特征的压力依赖性主要源于电荷在分子膜中的链间隧穿过程. 关键词： 分子自组装 输运特性 原子力显微镜     

溶液酸碱性对金纳米粒子在端基功能化单分子膜表面组装影响的SERS光谱研究

在4,4’-二硫联吡啶在Au表面形成自组装单分子层膜的基础上,采用表面增强拉曼散射光谱(SERS)研究了在不同pH值条件下金纳米粒子在4,4’-二硫联吡啶自组装单分子膜/Au体系表面的组装。研究结果表明,由于处于单分子膜表面的吡啶环中氮原子的质子化程度随溶液环境中pH值的变化而变化,使得金纳米粒子与单分子膜表面间的结合作用程度不同,由此会引起金纳米粒子在单分子膜表面的覆盖度存在差异,并最终导致所观测到的4-巯基吡啶自组装单分子膜的SERS光谱强度存在明显的差异。而且,令人感兴趣的是,所观测到的SERS谱峰强度随金纳米粒子组装时pH值的变化呈现出明显的规律性。结合分子结构特征的分析,初步阐明了SERS谱峰强度随pH值这一组装条件的改变而发生规律性变化的内在原因。     

水蒸气在超疏水表面上的冷凝传热

用高温裂解法在紫铜基底上制备了疏水性碳纳米管膜,通过对此碳纳米管膜进行氟化处理,改善了表面的疏水性.在室温下,实验测得水在这种表面上的接触角在90°～130°之间.以水蒸气为冷凝介质的冷凝传热实验表明,水蒸气在超疏水纳米材料表面上能形成较好的滴状冷凝,冷凝传热膜系数可达40000 W/(m2·K).与纯粹膜状冷凝相比,冷凝传热系数提高3～4倍.分析表明,此碳纳米管膜所产生的附加热阻只占冷凝传热热阻的千分之一,对冷凝传热膜系数的影响可以忽略.     

滴状冷凝过程壁面反射光谱的分子团聚模型分析

根据反射光谱可用于分析固体表面介质凝聚状态的原理,理论分析了不锈钢表面上不同厚度薄液膜对表面反射率的影响,确定了在冷凝过程中该表面上冷凝液形成和更新过程导致相应反射率变化的范围. 通过分析滴状冷凝实验过程反射光谱的文献数据,研究了滴状冷凝过程壁面上蒸气分子凝聚特征,发现在实际的滴状冷凝传热过程中,液滴脱落后形成的裸露表面上存在反射特征介于液膜与体相蒸气分子之间的介质. 结合蒸气冷凝过程的分子团聚模型,得到了在滴状冷凝过程中近壁面附近的蒸气分子形成分子团聚分布的合理性. 此外,分析发现表面微观结构将改变团聚体分布密度,从而影响冷凝核化过程的现象. 这为冷凝传热强化方法的研究提出了新的思路. 关键词： 分子团聚 反射光谱 滴状冷凝     

差异化疏水铜表面的冷凝传热实验研究

为研究差异化疏水结构表面蒸汽滴状冷凝传热特性,首先在铜表面通过化学刻蚀法制备了不同的CuO与Cu(OH)_2微纳米复合微结构,通过十八硫醇自组装进一步修饰后,获得了具有不同静态接触角和表面能的差异化疏水表面。实验研究了不同微结构及其接触角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结构表面的合并、脱落过程进行了可视化研究。结果表明,接触角相近、微结构不同的CuO-Ⅰ与Cu(OH)_2表面冷凝传热性能相近,约为光滑表面的1.5倍。接触角为125°的CuO-Ⅱ表面的冷凝传热性能明显高于CuO-Ⅰ表面,约为光滑表面的3倍。同时,相同过冷度下,CuO-Ⅰ表面冷凝液滴的合并与脱落频率明显低于CuO-Ⅱ表面。     

水平管外降膜流动液膜厚度的测量及分析

应用双极电导探针技术对水平管外无传热时的降膜流动的液膜厚度分布及其变化特性进行了实验研究.试验段水平管管径为φ25.4mm,长为300mm,液膜流量范围为Q=50~250L.h-1,水平管之间的垂直管间距分别为25mm,32mm,40mm.测量了不同流量、管间距变化条件下的液膜厚度分布,重点分析了流址变化、管间距变化、...     

桑色素修饰金纳米粒子自组装膜的制备及其性能研究

采用水相硅烷化方法,将γ-氨基丙基三乙氧基硅烷[H₂N(CH₂)₃Si(OC₂H₅)₃](APES)组装在石英表面,在基底表面修饰上氨基为末端的单层膜,并进一步在这种功能化的单层膜基底上组装金纳米粒子得到金纳米粒子/APES/石英的纳米复合结构。以制备的金纳米粒子自组装膜修饰石英为基底及DL-半胱胺酸为中介,利用桑色素(Morin)和DL-半胱胺酸的化学吸附作用,将桑色素间接组装在金纳米粒子自组装膜修饰石英基底表面,所构建的桑色素修饰金纳米粒子自组装膜对三苯基锡有灵敏的荧光识别作用。文章着重研究了桑色素修饰金纳米粒子自组装膜的制备以及组装条件对其荧光行为的影响,探讨了膜的响应特性及响应机理。     

射流冲击泡沫金属流动液膜传热的实验研究

薄液膜蒸发由于其优良的传热特性而被广泛应用于工业领域。在流动液膜上表面覆盖铜质泡沫金属,并耦合空气射流冲击,能够进一步强化传热。多孔泡沫金属提供的毛细驱动力能够有效控制流动液膜的厚度以避免干涸,同时多孔材料特殊的固体骨架构造可以扩大固液、气液传热面积。为了研究射流冲击条件下多孔介质覆盖流动液膜的传热特性,本文通过实验方法,对包括液膜流速Vf、空气射流速度Va、液膜厚度δf和多孔介质孔隙率ε在内的影响因素进行分析,研究并对比这些因素对加热壁面温度Tw、表面传热系数hw以及传热系数提升率的影响。     

水平梯度表面能材料表面上的滴状凝结换热系数

本文在均质表面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的液滴分布和凝结换热特性,得到了一维水平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。结果表明:随着过冷度的增加和凝结工质汽化潜热的增大和表面张力的减小和接触角梯度的增大,平均表面凝结换热系数会增大。     

氨的添加引发水蒸气凝结换热强化的实验研究

研究了添加极少量氨时,氨-水混合蒸气在水平圆管上的凝结传热特性。结果表明:由于氨的添加引发的Marangoni效应,水蒸气的凝结换热在实验工况范围内基本上都得到了强化。随着表面过冷度的增加,凝结换热系数表现出有峰值点的非线性变化规律。当氨蒸气的浓度为0.38%时,混合蒸气的最大凝结换热系数可达纯水蒸气的1.9倍,从液膜热阻和扩散热阻的角度分析了强化换热的机理。     

含有不凝气体的蒸汽滴状冷凝传热实验研究

本文对饱和水蒸气和空气的混合物在垂直表面上滴状冷凝传热特性进行了实验研究。考察了不同的压力条件下不凝气对冷凝传热的影响。与膜状冷凝实验结果对比表明,滴状冷凝对含有不凝气的蒸汽冷凝传热有强化作用;在较高的冷凝压力下不凝气体对传热的影响相对较小。     

水蒸气在竖直微细管外凝结传热特性研究

针对不同压力和不同流速下的饱和水蒸气在竖直微细圆管(内外径分别为0.571 mm和0.793 mm)外的凝结传热特性分别进行了实验研究,分析了蒸气压力和蒸气流速对凝结传热特性的影响。实验结果表明,凝结传热表面传热系数随着蒸气流速的增加而增加,在较高的蒸气压力下增加的更明显,且大于相同实验条件下的Nusselt理论分析解。在蒸气流速为2 m·s~(-1)时,凝结传热系数随压力的变化不大;在4 m·s~(-1)和6 m·s~(-1)时,随着蒸气压力的升高,凝结表面传热系数明显增大。     

珠状凝结换热的数学物理模型及数值模拟

首次应用随机分形模型建立了珠状凝结液滴的空间和尺度分布,然后利用已有的单个液滴的传热规律,得到了冷凝壁面的换热边界条件,进而求解冷凝壁的温度分布,最后得到了平均的珠状凝结换热系数.应用上述模型对铜表面以水为介质的冷凝壁换热进行了直接数值模拟,并与各种压力条件下的试验数据进行了比较.     

蒸气在倾斜细小直径圆管内的流动凝结换热特性

细小管内的流动凝结换热具有许多超常换热特性,经典的Ｎｕｓｓｅｌｔ分析方法已不能满足需要。在以往研究的基础上,本文进一步通过实验探析换热温差和蒸气流量对不同直径的细小管内流动凝结换热的影响。研究表明,管径越小,换热温差对凝结换热系数的影响程度越低;通过流量和倾角对凝结换热数的影响,分析了重力引发的流动分层和剪切力对凝结液的排除两种因素对细管传热强化的作用机制。本文的实验结果和用于常规尺度下的通用关联式对比表明,采用细管,管内的流动凝结换热得到无可置疑的强化     

镀层微观结构对凝结换热的影响

通过研究Ni-P化学镀层管不同微观结构对凝结传热的影响,表明用化学镀表面改性的镀管相对于普通的碳钢管,具有明显促进珠状凝结的效果,在凝结过程中表现为珠膜共存状态,可以获得较好的换热性能。同时镀层对换热性能的改善与镀层中纳米相的含量相关,随着纳米相含量的降低,镀层的表面能也随着降低,换热效率得到增强。增加镀层的非晶度可以获得更好的珠状凝结的效果。     

含不凝气体时煤油在水平管束外的冷凝

采用实验的方法,研究了在较宽的不凝气体含量范围内,煤油蒸汽在不同几何结构的螺旋扁管管束外的冷凝换热现象,得出了螺旋扁管的几何结构对冷凝换热的影响规律,并与同样条件下的光管管束的冷凝换热进行了分析比较。     

水平管外强化凝结传热的数值解

以Nusselt理论为基础,运用三维坐标建立了肋片侧面的冷凝传热模型,对肋片侧面的冷凝传热机理进行了分析,得出了肋片侧面表面传热系数的积分表达式。利用此法对水平环肋单管表面传热系数进行计算并将结果与传统解法进行比较。