自组装膜表面强化冷凝传热的研究

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1、大连理工大学硕士学位论文自组装膜表面强化冷凝传热的研究姓名：李晓楠申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：马学虎;兰忠20080601大连理工大学硕士学位论文摘要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及工程费用具有重要意义。滴状冷凝由于极高的传热性能而具有更高应用价值。利用界面特性强化冷凝传热是一条极有前景的途径。本文重点在于研究冷凝壁面微观形貌、表面自由能、气液气固界面作用等界面作用特征影响冷凝传热的微观机制。通过控制氧化等方法在紫铜基表面构建了纳米微观结构，并采用分子自组装膜技术修饰表面，研

2、究壁面微观特征对冷凝传热的影响。通过常压蒸汽环境的滴状冷凝实验，研究气液、气固界面作用特性对蒸汽冷凝传热过程的影响。基于表面性能温度取向的概念，本文优化了分子自组装膜技术制备超疏水表面的工艺条件。采用控制氧化的方法在紫铜基体上构筑了微纳米结构，经过分子自组装膜技术处理后成功制备得到超疏水表面，测量表面接触角最大达到170．0。，平均达到163．0。，接触角滞后小于5。。结合对表面的扫描电镜、红外光谱分析结果，可以发现，适宜的热处理温度可以使十八烷基硫醇分子在溶液中充分取向形成有序排列，是影响分子自组装膜表面疏水性能的关键因素，氧化处理形成的

3、双重粗糙度是超疏水表面的成因。通过不同的基体处理条件得到普通的十八烷基硫醇自组装膜疏水表面和超疏水表面。实验研究了蒸汽冷凝条件下两类表面的纯蒸汽滴状冷凝传热特性，超疏水表面上的滴状冷凝传热系数在高过冷度下是膜状冷凝的2倍，在低过冷度下与膜状冷凝传热相当，没有强化效果。而普通疏水表面的冷凝传热系数在实验的过冷度范围内均有强化效果，比膜状冷凝传热系数提高3．6倍。实验结果表明，影响传热的实质是固液表面自由能差和由微观形貌引起的接触角滞后等界面效应。研究了普通的分子自组装膜表面的滴膜共存冷凝传热。表明控制热处过程的表面性能取向，可以实现膜表面上水

4、蒸气冷凝形态从膜状到滴状的过渡。实验结果表明，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，表面上冷凝液的相对位置的不同也将导致传热性能的改变。关键词：界面效应；分子自组装膜；冷凝传热：超疏水自组装膜表面强化冷凝传热的研究InvestigationofCondensationHeatTransferEnhancementfortheSelf-AssemblyMonolayerSurfacesAbstractTheheattransferofsteamc0们ensa：tionhasbroadapplicationinthef

5、ieldofspaceflight，powerproductionandchemicalindustry．111eimprovementoftheheattransferpropertyofsteamcondensationalsohasasignificantmeaninginsavingenergysourcesandtheprojectexpenditure．Dropwisecondensation(DWC)hasalargerheattransfercoefficientandisthebestapproachtoenhancehe

6、attransferbymeansofinterfacialproperties．11lispapermailllyfocusesonthemechanismofthemicrostmcture，surfacefreeenergydifferenceeffectonheattransfer．Tllisthesisconcentratesonachievingdropwisecondensationthroughself-assembledmonolayers(SaMs)．TheauthorhasfoundoutthebestwayofSAM

7、sbaseontheexistingexperimentalcondition,andthecontactangleoftheSAMsis163．0。onaverage，contactanglehysteresiSlesSthan5。．AconclusioniSdrawnthatthetemperatureiSthekeyfactorofSAMsformation．Thepre-treatingofSAMsCangreatlyaffecttheresults，theSAMsonoxidizedcoppersurfacehasalargerc

8、ontactanglecomparedwiththeSAMsonplaincoppersurface．TwodifferenttypesofSAMscoatingswithdif