蒸汽冷凝成核微觀過程的實驗研究.pdf

1、冷凝過程廣泛存在于自然、日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等方面，作為凝結(jié)過程的第一步，冷凝成核有著重要意義，同時冷凝成核本身也有諸多重要應(yīng)用，如天氣控制、空氣除塵、表面防霧等。對冷凝成核研究并加深對該過程的認識，將有助于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展與革新。然而受到傳統(tǒng)觀測手段最小成像極限的限制，已有工作對于冷凝成核過程實驗研究尚不充分。
　　本文以冷凝液滴多尺度演化為背景，針對液滴生命周期的初始微觀階段，搭建了蒸汽冷凝光學(xué)檢測實驗平臺，利用光纖光譜儀、大

2、功率激光器等設(shè)備，觀測了冷凝初期光波的散射、干涉等現(xiàn)象，考察發(fā)生在蒸汽體相以及冷凝界面上的成核微觀行為。純蒸汽冷凝過程中，水分子首先在近壁面附近氣相團聚成核形成團簇，且團簇的生成量隨過冷度增加而增加;同時，臨近表面數(shù)百微米的空間內(nèi)存在團簇層，團簇在垂直表面方向呈現(xiàn)一定分布，距離表面越遠，冷凝團簇平均尺寸越小，密度越稀薄;分子團簇在遠離低溫壁面后會在一段時間內(nèi)發(fā)生泯滅，時間越長，團簇泯滅比例越大，經(jīng)過計算，一定過冷度下近壁面氣相水分子團簇

3、的壽命約為毫秒量級。對于表面膜狀冷凝過程的初始階段，表面反射率譜線特性既不同于光潔表面又明顯區(qū)別于薄液膜存在時的理論計算譜線，說明冷凝初期蒸汽首先在表面凝聚形成不連續(xù)的液核，隨著冷凝進程的發(fā)展，液核發(fā)生合并形成液膜，初始液膜形成厚度約為百納米量級。同時對表面反射率進行連續(xù)捕捉可計算獲得膜厚變化曲線，為動態(tài)薄膜厚度的連續(xù)在線測量提供一種良好的方法。對于含有懸浮微粒的濕空氣，研究發(fā)現(xiàn)，在其進行絕熱膨脹過程中，水蒸氣以固體懸浮顆粒為凝結(jié)核心在