超疏水微通道內(nèi)水流動(dòng)與傳熱特性的研究.pdf

1、本文通過(guò)酸化學(xué)刻蝕和表面修飾的方法，成功地在鋁片上制備出了超疏水表面。經(jīng)接觸角測(cè)定，水滴在表面上的靜態(tài)接觸角均大于150°，接觸角滯后約為4°(5μL液滴)。經(jīng)電鏡掃描分析發(fā)現(xiàn)超疏水表面上產(chǎn)生了由大量凸臺(tái)和凹坑堆積而成的“迷宮”結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，表面微細(xì)粗糙結(jié)構(gòu)對(duì)表面的超疏水性起到了決定性作用，是制備超疏水表面的關(guān)鍵所在。 本文分別從水滴在超疏水表面上的行為、有機(jī)物含量對(duì)疏水性的影響、水在超疏水表面上的相變過(guò)程等各個(gè)角度考察了

2、超疏水表面的性能，發(fā)現(xiàn)超疏水表面具有疏水親油、不粘水、易于形成蒸汽滴狀冷凝等特性。 在制備鋁片超疏水表面的研究基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)制備工藝和實(shí)驗(yàn)條件的合理改進(jìn)最終制各出了具有超疏水內(nèi)表面的鋁微通道，并對(duì)比研究了水在超疏/親水微通道的流動(dòng)與傳熱特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：水在超疏水微通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的壓力降和fRe值要低于超親水微通道，無(wú)量綱壓降比有微小的浮動(dòng)；超疏水微通道的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及努塞爾數(shù)要略低于超親水微通道。經(jīng)分析得出在超疏水表面的固-液

3、界面上存在一層由微納米氣泡構(gòu)成的氣膜，氣膜的存在顯著降低了水與壁面之間的剪切力，降低了水流過(guò)微通道時(shí)的摩擦阻力系數(shù)，產(chǎn)生了滑移，但由于空氣熱導(dǎo)率低，一定程度上阻礙了傳熱。 將“無(wú)滑移邊界條件”的靜止氣泡層的導(dǎo)熱考慮在內(nèi)，計(jì)算了含有空氣層的超疏水表面微通道的表觀傳熱系數(shù)，發(fā)現(xiàn)其表觀傳熱系數(shù)低于超疏水表面的實(shí)驗(yàn)值，且隨著空氣層厚度的增加而愈加降低，即超疏水表面的傳熱性能要好于“無(wú)滑移邊界條件”并考慮靜止空氣層導(dǎo)熱的傳熱性能。因此提出