本文選題：金屬基納米結(jié)構(gòu)　切入點：強化冷凝傳熱　出處：《濟南大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：冷凝傳熱作為一種普遍存在的相變過程,在化工、海水淡化及環(huán)境控制等領(lǐng)域都具有廣泛應用。滴狀冷凝相比于膜狀冷凝可以提高液滴的更新速率,此外通過材料表面疏水化改性將進一步強化材料冷凝傳熱性能。本論文以此為切入點,在銅試件表面原位構(gòu)筑了ZnO納米線簇及Cu(OH)2楞狀納米針結(jié)構(gòu)。經(jīng)低表面能物質(zhì)修飾后對樣品表面微液滴的冷凝界面現(xiàn)象及滴狀冷凝傳熱性能進行了觀察及定量測量。同時對其實現(xiàn)高效冷凝傳熱的機理進行了簡要分析。該研究對于理解納米結(jié)構(gòu)與傳熱性能的構(gòu)效關(guān)系具有重要的意義,同時為開發(fā)新的傳熱納米材料及器件以實現(xiàn)高效的能源利用提供了條件。論文主要研究內(nèi)容如下:(1)銅基表面ZnO納米線簇的滴狀冷凝傳熱性能研究。采用電化學沉積結(jié)合化學浴的方法實現(xiàn)了ZnO納米線簇結(jié)構(gòu)在銅基表面的原位構(gòu)筑,經(jīng)過低表面能物質(zhì)修飾后實現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)表面微尺度冷凝液滴的融合和高效自驅(qū)離行為。進一步結(jié)合冷凝界面現(xiàn)象證實該納米結(jié)構(gòu)樣品相對于疏水光滑樣品可以提升液滴更新速率且長時間保持界面液滴微尺度和自驅(qū)離。對其冷凝傳熱性能測試表明:該納米結(jié)構(gòu)樣品可以極大提高傳熱性能,在40°C蒸汽溫度下較光滑樣品其熱通量可提升200%以上,傳熱系數(shù)最高時可提升270%。(2)銅基表面Cu(OH)2楞狀納米針的滴狀冷凝傳熱性能研究。采用電化學沉積法在銅基表面原位構(gòu)筑了Cu(OH)2楞狀納米針結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)具有分層次的納米形貌且具有極低的固液界面粘附,促使小尺度冷凝微液滴高密度成核及高效自驅(qū)離,實現(xiàn)表面液滴的快速更新。進一步對其冷凝傳熱性能測試表明:該納米結(jié)構(gòu)樣品可以極大提高傳熱性能,在40°C蒸汽溫度下較光滑樣品其熱通量可提升200%以上,傳熱系數(shù)最高時可提升125%。研究表明結(jié)構(gòu)樣品表面由于van der Waals吸引力引起的粘附耗散和釘扎效應引起的線張力效應遠低于光滑樣品表面,因此,液滴可以實現(xiàn)更快的更新速率,從而大大提高了傳熱效率。
[Abstract]:As a common phase change process, condensation heat transfer has been widely used in chemical industry, seawater desalination and environmental control. In addition, the surface hydrophobic modification of the material will further enhance the condensation heat transfer performance of the material. The structure of ZnO nanowires and Cu(OH)2 corrugated nanowires were constructed in situ on the surface of copper samples. The condensation interface phenomena and heat transfer properties of droplets on the surface of samples were observed and quantitatively measured after modification with low surface energy material. At the same time, the mechanism of high efficiency condensation heat transfer is briefly analyzed. This study is of great significance for understanding the structure-activity relationship between nanostructures and heat transfer properties. At the same time, it provides conditions for the development of new heat transfer nanomaterials and devices to achieve efficient energy utilization. The main contents of this paper are as follows: 1) study on the drop condensation heat transfer performance of ZnO nanowires on copper surface. Electrochemical precipitation. The in-situ structure of ZnO nanowire clusters on the surface of copper was realized by the method of chemical bath. After modification with low surface energy material, the fusion and high efficiency self-expulsion behavior of micro-scale condensate droplets on nanostructure surface were realized. Further, it was proved that the nanostructured sample could be compared with the hydrophobic smooth sample by combining the condensation interface phenomenon. The condensation heat transfer performance of the nanostructured sample can be greatly improved by increasing the droplet regeneration rate and maintaining the interface droplet microscale and self-displacement for a long time. The heat flux of the smoother sample can be increased by more than 200% at 40 擄C steam temperature. When the heat transfer coefficient is the highest, the heat transfer property of the Cu(OH)2 corrugated nano-needle on the copper surface is studied. The structure of the Cu(OH)2 corrugated nano-needle on the surface of the copper substrate is in situ fabricated by electrochemical deposition. The structure has hierarchical nanometer morphology and very low adhesion between solid and liquid, which promotes high density nucleation and high efficiency self-expulsion of small scale condensing microdroplets. The condensation heat transfer performance of the nanostructured sample can be greatly improved, and the heat flux of the smooth sample can be increased by more than 200% at 40 擄C steam temperature. The results show that the adhesion dissipation and pinning effect on the surface of the structural sample due to the attraction of van der Waals is much lower than that on the smooth surface, so the liquid droplets can achieve a faster renewal rate. Thus, the heat transfer efficiency is greatly improved.
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;TB306

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本文編號：1585960