1、界面效應(yīng)對(duì)蒸氣冷凝傳熱過(guò)程有顯著的影響，而對(duì)于該影響的機(jī)理及量化關(guān)系的研究卻比較缺乏。本文首先實(shí)驗(yàn)研究了液固表面自由能差對(duì)蒸氣冷凝傳熱過(guò)程的影響。通過(guò)兩種方法改變液固表面自由能差：1.在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，以不同的處理表面改變冷凝壁面的表面自由能。2.相同的冷凝表面，改變操作條件或以混合蒸氣冷凝來(lái)改變冷凝液的表面自由能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)一定條件下，冷凝形態(tài)發(fā)生膜狀到過(guò)渡狀態(tài)和滴狀的變化，并相應(yīng)地伴隨著傳熱性能的變化。以界面效應(yīng)強(qiáng)化冷凝傳熱

2、，蒸氣冷凝傳熱系數(shù)隨表面自由能差變化的機(jī)理，對(duì)這一現(xiàn)象作了解釋，并得到了乙醇—水混合蒸氣的冷凝形態(tài)變化條件，闡述了乙醇—水混合蒸氣冷凝過(guò)程中，熱通量和傳熱系數(shù)與過(guò)冷度變化趨勢(shì)。 對(duì)于界面效應(yīng)影響冷凝液的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和特征，本文研究了重力場(chǎng)中豎壁上液滴的脫落直徑和三相接觸線形態(tài)。實(shí)驗(yàn)觀察到液滴的三相接觸線形狀并非是圓或橢圓形，而是非規(guī)則的形狀。根據(jù)液滴脫落時(shí)的形態(tài)，本文提出了接觸線形狀為兩個(gè)半橢圓的組合，并由重力和表面張力的平衡推導(dǎo)出

3、脫落直徑的數(shù)學(xué)表達(dá)式。并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和分析計(jì)算。結(jié)果表明，對(duì)于一定的液-固-氣系統(tǒng)，液滴的脫落直徑是由液體表面張力和前進(jìn)角、后退角以及平衡接觸角共同決定的。實(shí)驗(yàn)測(cè)定脫落直徑與模型計(jì)算結(jié)果比較吻合，表明接觸角越大或(及)接觸角滯后越小，則脫落直徑越小。 本文分析了豎壁溝流流動(dòng)，基于最小能量原理，當(dāng)壁面為存在接觸角滯后的非理想表面時(shí)，其控制方程的邊界條件與滯后接觸角有關(guān)，分析了流率存在波動(dòng)時(shí)溝流厚度的波動(dòng)原因和范圍。實(shí)驗(yàn)研究了不同

4、液體在不同表面上的溝流流動(dòng)，結(jié)果表明了溝流波動(dòng)與界面效應(yīng)有關(guān)，溝流的實(shí)際厚度介于由滯后角限定的某一范圍內(nèi)，并且與溝流平均流率有關(guān)。若流率波動(dòng)未超出由滯后接觸角及溝流基礎(chǔ)流率限定的范圍時(shí)，溝流只在厚度方向發(fā)生波動(dòng)；若流率波動(dòng)超出這一范圍，則溝流在寬度方向也開始伸縮。進(jìn)而可得出，接觸角滯后越大，則溝流在壁面上越不易消失，即后退角越小的表面，可能出現(xiàn)溝流(過(guò)渡冷凝形態(tài))的可能性也越大。 本文實(shí)驗(yàn)研究和分析了滴狀冷凝過(guò)程中，液滴的隨機(jī)運(yùn)

5、動(dòng)行為以及液滴分布的分形特征，發(fā)現(xiàn)液滴的運(yùn)動(dòng)和分布與接觸角及接觸角滯后有關(guān)。并分析得到液滴分形分布模型中相鄰兩代液滴半徑比與滯后接觸角的關(guān)系式，該式計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果十分吻合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在存在接觸角滯后的表面上，液滴能以脈動(dòng)形式長(zhǎng)大，造成液滴分布呈離散分代形式，并且，液滴脈動(dòng)行為還受誘導(dǎo)因素的影響，在較強(qiáng)誘導(dǎo)因素存在的冷凝過(guò)程，液滴分代分布明顯，反之，在較弱的誘導(dǎo)條件下，分代特征不明顯。 針對(duì)液固界面相互作用對(duì)滴狀冷凝傳熱的

6、影響，以Rose滴狀冷凝傳熱模型通過(guò)單個(gè)液滴的傳熱為基礎(chǔ)，重新考慮了接觸角和脫落直徑對(duì)冷凝傳熱的影響，對(duì)滴狀冷凝過(guò)程中液滴在空間序列上的構(gòu)象作了在時(shí)間序列上的重構(gòu)，建立了包含液固界面效應(yīng)的滴狀冷凝傳熱模型。模型計(jì)算結(jié)果表明，液固表面自由能差越大，接觸角滯后越小，則越有利于冷凝傳熱。 引入溝流級(jí)別的概念，來(lái)描繪過(guò)渡狀冷凝形態(tài)的形成特征，并在此基礎(chǔ)上，將過(guò)渡狀冷凝傳熱表示為通過(guò)滴狀區(qū)與溝流區(qū)上的傳熱之和，并分別計(jì)算其上的熱通量。其中

7、滴狀區(qū)傳熱模型采用本文建立的考慮界面效應(yīng)的傳熱模型；溝流區(qū)以在一定厚度液膜上的冷凝傳熱模型為基礎(chǔ)，并根據(jù)本文建立的溝流形態(tài)模型，求出液膜厚度與溝流區(qū)所占面積分率。本文還實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了具有溝流形態(tài)的冷凝表面，并與模型作對(duì)比，模型計(jì)算與實(shí)驗(yàn)值吻合，模型計(jì)算也與實(shí)際溝流冷凝形態(tài)的傳熱過(guò)程吻合。 設(shè)計(jì)了利用界面效應(yīng)改變冷凝液膜分布的功能表面，實(shí)驗(yàn)研究了幾種傳熱強(qiáng)化管的蒸氣冷凝傳熱過(guò)程(管外冷凝)，其中強(qiáng)化機(jī)制包括場(chǎng)協(xié)同效應(yīng)、界面效應(yīng)、混合效