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。     

ON THE ENHANCEMENT OF FILMWISE CONDENSATION HEAT TRANSFER BY MEANS OF THE COEXISTENCE WITH DROPWISE CONDENSATION SECTIONS

This article describes work aimed at obtaining higher filmwise condensation heat flux by distributing dropwise condensation surfaces of optimal width promoted by an organic coating among filmwise surfaces, and to get higher mean overall heat transfer coefficients in condensing systems. Several different spacings were examined for the horizontal orientation, arranging a dropwise section above a filmwise one, to make clear the effect of the drops falling down to the filmwise section. The heat flux of the filmwise part increased with increasing the height of the dropwise part up to 2 mm, but then decreased above that. The extent of the filmwise part that was augmented by drops was also tested by changing the width of the filmwise section sandwiched between dropwise sections of constant width. The heat flux of the filmwise part increased abruptly at a width between 5 and 3 mm. Consequently, it was shown that there exists an optimum width for each section for enhancing condensation heat transfer in the filmwise sections.     

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。     

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。     

滴状冷凝传热的多尺度规划与最佳接触角

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...     

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.     

分子自组装膜表面滴膜共存冷凝传热的研究

本文以不同处理工艺制备十八烷基硫醇自组装膜,研究制备的表面上蒸气冷凝传热过程.结果表明不同的成膜温度,可以实现膜表面上水蒸气冷凝形态从膜状到滴状的过渡.并研究了该表面上滴膜共存状态下的冷凝传热特性,表明过渡状冷凝传热随固液自由能差渐进变化的实质是冷凝形态的渐进变化,表面上冷凝液运动形态的不同也将导致传热性能的改变,并对自组装膜表面上的冷凝传热系数可能随操作时间的增加而回升的现象进行了分析.     

低压蒸汽滴状冷凝传热性能的实验研究

实验研究了不同水蒸气压力条件下的滴状冷凝传热特性。10 kPa、40 kPa和70 kPa时的传热系数分别是常压下的56%,68%和81%。随着水蒸气压力的下降,液滴脱落直径变大,液滴生长周期延长,冷凝传热系数下降。通过液滴的动力学特性分析和基于界面效应的滴状冷凝传热模型,分析了低压对水蒸气冷凝传热的主要影响因素,压力变化主要影响了分子扩散率和气-液相际传热热阻,导致总冷凝传热系数随压力下降。     

聚合物表面滴状冷凝传热寿命的实验研究

在滴状冷凝传热寿命测试装置上，对采用离子束动态混合注入（DIMI）技术制备的聚四氟乙烯（PTFE）表面的商状冷凝传热寿命进行了间歇实验测试。满状冷凝已维持约500h（间歇操作总时间为1，000h），实验现象及传热性能趋于基本稳定。同时表明聚合物与金属基体具有较强的结合力。     

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.     

Dropwise Condensation of Steam on a Small Tube Bundle at Turbine Condenser Conditions

Application of dropwise condensation to utility turbine condensers is investigated by comparing the thermal performance of dropwise and filmwise bundles at industrially relevant conditions. Steam and steam-air mixtures were condensed on bundles of in-line, titanium tubes. The row-by-row heat transfer coefficients are presented against bundle position. They show the expected behavior for filmwise condensation but demonstrate a different one for dropwise. In air-free steam, the dropwise heat transfer coefficients are much larger and do not vary significantly with bundle position. In air-steam mixtures the dropwise values decrease similarly to their filmwise equivalents. The findings are in accord with those found for other geometries. The findings indicate that significant reductions in condenser size can be obtained if permanent dropwise condensation can be produced at industrially relevant conditions.     

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。     

滴状冷凝过程液滴自由表面温度场分析

对于滴状冷凝过程及其传热强化机理, 一般通过分析冷凝壁面上液滴分布和运动规律进行研究, 并且将单个液滴视为稳定的个体, 很少涉及液滴内部运动特征. 本文通过红外热像仪观测了纯蒸气滴状冷凝过程中, 液滴运动时自由表面温度场的演化过程. 发现在疏水壁面上, 液滴由于合并或脱落而发生移动过程中, 其自由表面温度先降低, 而后升高并高于移动前温度. 通过分析疏水表面上液滴移动过程的物理模型, 认为液滴移动时表面液膜发生履带式滚动现象, 或者发生液滴内部与自由表面附近的液体间形成对流和掺混现象. 对液滴运动时表面温度演变规律的分析表明: 触发液滴表面发生持续冷凝可能需要克服一个临界过冷度, 当气液间温差超过该临界值时才诱发冷凝; 液滴合并或脱落等整体运动过程, 导致了液滴内部的运动特征, 并促进了较大尺寸液滴表面发生直接冷凝, 这为强化冷凝传热的研究提供新的思路.     

电场下液滴合并自弹跳行为的分子动力学研究

在工程上通常利用滴状冷凝提高冷凝换热效率、进而强化传热.而当冷凝液滴发生合并自弹跳时,冷凝换热系数是传统滴状冷凝的1.3至1.5倍,因此液滴合并自弹跳现象对冷凝传热强化的贡献是非常大的.一些宏观实验和理论研究表明,加入外电场能进一步促进冷凝液滴合并自弹跳的频率和高度,但在纳米尺度下是否仍遵守这一规律还未可知,因此本文使...     

AN EXPERIMENTAL STUDY ON THE EFFECT OF NON CONDENSABLE GAS FOR SOLUTAL MARANGONI CONDENSATION HEAT TRANSFER

The condensation heat transfer characteristic curves for a ternary vapor mixture of water, ethanol, and air (or nitrogen) under several ethanol concentrations and relatively low concentrations of air (or nitrogen) were measured. The effect of non-condensable gas on several different domains in the condensation curves was discussed. The effect of non-condensable gas in the domains controlled by the diffusion resistance and the filmwise condensation was not notable; whereas that in the domain dominated by the condensate resistance of dropwise mode was remarkable. Moreover, variations due to changes in non-condensable gas concentration of several characteristic points representing the curves were discussed.     

Model of filmwise vapor condensation on curved surfaces

A three-dimensional unsteady model of filmwise vapor condensation on a curved surface that takes into account the mass forces, the surface tension, and the friction on the surface of the condensate film is developed. This model generalizes the previous models of the filmwise vapor condensation. An evolution equation is derived for a condensate-layer thickness. Numerical algorithms are developed for solving the evolution equation. The condensation of ethanol vapor moving in a round tube is calculated. The effect of the tube diameter on the intensity of condensation is analyzed.     

水平三维肋管管外凝结换热实验与分析(I实验研究)

本文对不同饱和蒸汽温度下R11在水平Thermoexcel-C管的管外凝结换热性能进行了实验研究。实验结果表明:随着饱和蒸汽温度的提高,C管的凝结换热系数下降。C管凝结换热强化的主要机理在于孤立三维齿结构增大了表面张力减薄凝结表面液膜厚度的作用,而C管凝液淹没区小于相同肋间距的低肋管,且在淹没区内的凝结换热大于低肋管。     

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。     

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     

蒸气凝结相关问题探讨

讨论了几个与蒸气凝结相关的问题,指出壁面上球冠形液滴的内外压差和临界半径同样遵循经典的Laplace公式和Kalvin公式;蒸气在冷壁上的冷凝形态主要由后退接触角决定;空气中的水蒸气在换热器表面呈膜状冷凝时换热器的性能优于呈滴状冷凝时换热器的性能。