铜表面物理化学特性对蒸汽冷凝传热特性的影响

蒸汽冷凝传热广泛应用于化工、能源、医疗等各个工业领域,滴状冷凝是冷凝传热效率最高的冷凝模式。本文分析了表面粗糙度、化学异质性和表面纳米晶对金属表面冷凝传热特性的影响,为开发强化冷凝传热的新方法提供理论和试验依据。通过不同粒度砂纸打磨纯铜表面获得不同粗糙度的试样,研究粗糙度对润湿性及蒸汽冷凝传热特性的影响。结果表明,当表面粗糙度Ra=0.15μm时,滴状冷凝的液滴区域面积和冷凝传热系数达到最大值。试验中发现,蒸汽冷凝致表面氧化形成的化学异质性对冷凝传热具有强化作用,具有化学异质性铜表面的冷凝传热系数约为纯铜表面的1.4倍,为完全膜状冷凝传热系数的3.5倍。深冷脉动旋压致纳米晶表面的润湿性及冷凝传热特性研究结果表明,与退火态铜表面相比,纳米晶表面的表面自由能更低,具有化学异质性的纳米晶铜表面的表观接触角达到114°,其表面为理想的滴状冷凝模式。但由于其滞后接触角也增大到35°,液滴脱落阻力增大,使得其冷凝传热系数仅为膜状冷凝的2.5倍。静态接触角、滞后接触角等表面润湿性能对冷凝传热特性起决定作用。