硅橡胶膜强化传热管的制备及其滴状冷凝传热研究.pdf

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1、第37卷第2期化工机械135硅橡胶膜强化传热管的制备及其滴状冷凝传热研究奉王洪军料吕保献(长春工业大学)(河南工业职业技术学院)翟高岭李然孙德(吉林石化公司)(长春工业大学)摘要实验采用热处理法制备了滴状冷凝传热的硅橡胶膜强化传热管，107硅橡胶为最佳的制备材料，其水接触角为106．8。。传热效果较好传热管的制备条件为4％硅橡胶铸膜液、热处理温度350℃及惰性环境中处理lh，其热通量比沟槽管提高了约10％，比普通管提高了约80％左右；冷凝侧传热系数比沟槽管提高了30％，比普通管提高了约4倍左右。采用红外对制备的

2、107硅橡胶膜强化传热管进行了表征，经过熟处理硅橡胶会产生交联缩合。关键词滴状冷凝硅橡胶膜制备传熟中图分类号i'Q051．5文献标识码A文章编号0254-6094(2010)02-0135-04蒸汽凝结是石油化工、动力和气体低温分离等工程领域中广泛遇到的相变传热过程。因此，开发强化冷凝换热的新型表面具有很重要的实用价值。滴状冷凝无疑是强化凝结传热最理想的方式，一直受到许多研究者的广泛关注¨。J，已经有多种方法可实现滴状冷凝，但这些方法或存在寿命短，不能工业化的问题；或存在污染冷凝液和腐蚀表面等问题，或其成本昂贵

3、，不宜推广使用。笔者通过热处理制备了硅橡胶膜强化传热管，形成低表面能表面，降低原金属表面的表面能，形成了稳定的滴状冷凝。该方法成本低、简单易行和工业化前景十分广阔。1实验部分1．1实验物品实验药品有三氯甲烷(分析纯)、甲基硅油(化学纯)和羟基硅油(化学纯)；制备材料为103硅橡胶、106硅橡胶和107硅橡胶；实验仪器有电子天平(SartoriusBS224S)、陶瓷纤维马弗炉(TM)、接触角测定仪(JY-82)。1．2硅橡胶膜强化传热管的制备及实验流程20era，制备时细砂纸抛光表面，氯仿浸泡约1h，取出用洗涤

4、剂和蒸馏水将铜管冲洗干净，放人硅橡胶铸膜液中浸渍规定时间；取出后自然蒸干约0．5h，然后在马弗炉中氮气保护不同温度下热处理至规定时间。实验装置及流程如图l所示。图1l——贮水槽；4——计量缸；所用紫铜管尺寸为$12mm×lmm，有效长度6——汽液分离器；·长春工业大学科学研究发展基金(2008A12)。··王洪军，男，1969年7月生，副教授。吉林省长春市，130012。传热装置流程图2——水泵；3——转子流量计；5——冷凝装置；7——锅炉136化工机械2010年换热装置均布3根传热管，为便于对比实验研究，本实

5、验放置的3根管分别为：硅橡胶膜管、沟槽管及未作任何处理的紫铜管。传热管冷凝水通过收集环4进行收集；玻璃罩冷凝的水及不凝性气体由装置5排除。整个循环系统主要由冷却水系统、蒸汽系统、冷凝器及测量控制器4部分组成。管内冷却介质为自来水，管外冷凝蒸汽为水蒸气，水蒸气在进入冷凝器之前，先经过气液分离器6，以净化蒸汽，减小水滴及管线污物对冷凝表面的影响。为了避免有机物等对管线的污染，整个蒸汽系统管线均用不锈钢管材，密封圈用聚四氟乙烯，冷凝器外罩采用耐热玻璃罩，以便于观察滴状冷凝现象。1．3传热计算原理由于实验所采用管材的管

6、壁较薄，不能用埋设热电偶的方法测量外壁温度。同时由于滴状冷凝过程表面温度波动较大，热电偶测得的局部温度也不能代替整个壁面的温度。因此，笔者采用计算管内传热系数和总传热系数，并向管外推算冷凝侧传热系数的方法。2制备条件对传热性能的影响2．1硅橡胶材质对传热性能的影响制备了5种不同材质的硅橡胶膜强化传热管，制备条件为：铸膜液浓度均为4％，350℃下焙烧lh。传热实验表明，传热管表面均形成明显的滴状冷凝。这是因为经该温度条件下热处理后，使硅橡胶硅烷偶极指向相界面，而自由表面被甲基以紧密堆积的方式遮盖住(图2)拍J。传

7、热结果(CHD(CH。)(CH。)(CH；)(CH0(CH0ISi、／、o／＼f／＼o／＼o／图2疏水膜形成机理表1不同硅橡胶膜强化传热管的传热性能分析列表1，其中107硅橡胶的传热效果最好。接触角仪分析表明，这主要是因为在同样制备条件下，107硅橡胶强化传热管与水接触角最大的缘故。2．2硅橡胶浓度对传热性能的影响配制了5种不同浓度的107硅橡胶铸膜液，按前述方法制备了5种硅橡胶膜强化传热管，350℃下热处理lh．实验分析结果如图3、4所示。600’眚500每400盖300圈200霰1000图3不同硅橡胶浓度与

8、热通量的关系图4不同硅橡胶浓度下的冷凝侧传热系数由图3、4可见，4％铸膜液制备的硅橡胶膜强化传热管传热效果最好，此时实验观察到滴状冷凝效果较好，液滴较小、成滴率达90％以上；2％时滴状冷凝效果一般，存在部分膜状冷凝，说明传热管成膜性较差，硅橡胶膜没有完全覆盖铜管；大于4％时滴状冷凝现象明显，成滴率接近90％，但硅橡胶膜层较厚增加了膜层热阻，导致传热效果变差。2．3热处理温度对传热性能的