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第 7 卷第 3 期 过 程 工 程 学 报 Vol.7 No.3 2007 年 6 月 The Chinese Journal of Process Engineering June 2007 分割表面对蒸汽滴状冷凝传热特性的影响 马学虎， 宋天一， 兰 忠， 周兴东 (大连理工大学化学工程研究所，辽宁 大连 116012) 摘 要：实验测定了相同操作条件下涂层表面 1:1 分割前后水蒸汽冷凝传热通量与表面过冷度的关系，对分割表面上 滴膜共存冷凝进行了研究，结果表明，分割表面上滴膜共存时的热通量比全部为滴状和膜状冷凝表面热通量的平均值 大，且其差值随处理表面上接触角的增大而增大. 从固液界面效应的角度对该现象进行了分析，并解释了其原因. 关键词：滴膜共存冷凝；界面效应；分割表面；强化传热 中图分类号：TK124 文献标识码：A 文章编号：1009−606X(2007)03−0472−04 1 前 言 同的表面自由能差在同一实验条件下对水蒸汽冷凝传 热的影响. 在相同的实验条件下，冷凝液的表面自由能 [1] 自从20 世纪 30 年代 Schmidt 等 发现滴状冷凝这 相同，而冷凝表面上不同的分割区域具有不同的表面自 种高效换热方式以来，许多研究者就滴状冷凝的传热机 由能，这样可以排除物性参数等因素对冷凝传热的影 理、实现滴状冷凝的低表面能的表面制备和滴状冷凝的 响，冷凝表面分割前后所测定的传热特性的差异可认为 工业化应用等课题进行了大量研究. 滴状冷凝具有很高 是固液表面自由能差影响的结果. [2] 的传热速率，其传热系数是膜状冷凝的几倍至几十倍 . 但是由于长期维持滴状冷凝表面技术的制约，使该冷凝 方式距工业化应用还有一定距离. 本课题目前的研究重 点是分割表面滴状冷凝的微观传热机理以及固液界面 间相互作用对冷凝液运动的影响，为滴状冷凝的大规模 工业应用提供理论依据. Kumagai 等[3−5]进行了竖平面上垂直分割的滴膜共 存表面上的冷凝传热实验. 结果表明，当滴状冷凝区和 膜状冷凝区的面积比为 1:1 时，平均热负荷高于在通常 图 1 处理表面分割形式 表面上全部为滴状冷凝和膜状冷凝热负荷的平均值，而 Fig.1 The departing mode of treated surface 且平均热负荷与表面分割方式和分割数目有关，他们在 一种具有特殊分割形式的表面上得到的最大热负荷高 2 实 验 [3] [6] 于当表面全部为滴状冷凝时的热负荷 . Leipertz 等 的 实验装置由蒸汽循环系统、冷却水系统、测量和监 实验表明，液滴在表面上形成的接触角越大，冷凝传热 视控制系统 3 部分组成(具体流程图参见文献[10]). 水 系数越大. 马学虎等[7−9] 总结了表面自由能差影响冷凝 蒸汽由去离子水在电加热锅炉内产生，锅炉内蒸汽温度 传热特性的规律，即冷凝传热特性是随着表面自由能差 由AI 人工智能工业控制器控制，精度为±0.1 ℃. 蒸汽进 的增加而增加的，可通过调控表面自由能差值的变