蒸汽冷凝传热过程在航天、动力及化工等领域都有广泛的应用,其换热性能的强化对节约能源、节省原材料及工程费用具有重要意义,而滴状冷凝是利用冷凝液体表面张力来强化冷凝传热的最理想方式,其传热系数是膜状冷凝的数倍至数十倍,若能实现工业化应用,将带来巨大的经济效益。 围绕“滴状冷凝的微观动力学机理及其稳定持久性研究”(国家自然科学基金资助项目No.50276016)基础研究课题,设计制作冷凝研究的实验装置,改进了实验装置的设计:采用在观察窗玻璃内表面涂亲水材料的方法,使观察窗玻璃不产生水雾,观察记录到了清晰的滴状冷凝现象,达到较好的可视化效果。 本文为揭示冷凝系数随接触角的变化规律,用不同材料涂覆黄铜表面,进行了蒸汽冷凝实验。在氰基丙烯酸乙脂、硬脂酸、聚四氟乙烯(PTFE)等10种材料处理的表面上实现了滴状冷凝,滴状冷凝系数为黄铜表面膜状冷凝系数的2.28～6.65倍,其中氰基丙烯酸乙脂表面的传热效果最好;在氟化石墨等5种材料表面上未实现滴状冷凝,但是其冷凝性能得到不同程度的强化,冷凝换热系数为膜状冷凝系数的1～1.97倍;发现在小接触角范围内冷凝系数随着接触角增大而增大,冷凝系数变化趋势与化学势下降量随接触角变化的趋势一致,由此建立了(本研究的条件下)冷凝系数与接触角的关联式,可用来预测不同接触角下的冷凝系数。 应用滴状冷凝的知识,探讨了空调冷凝水在不同憎水性表面上凝结脱落与融霜水脱落的情况,结论表明:在一定的条件下,滴状冷凝表面将延缓热泵蒸发器的结霜并能加快其除霜过程。本文为热泵蒸发器的节能降耗提出了一种新方法,对缓解冬季用电具有积极意义。