結露和結霜是發(fā)生在氣/固界面上的氣-液/氣-固相變行為,往往會導致工程設備效率降低,能耗增加,因此預防或延遲結露結霜現(xiàn)象的發(fā)生具有重要意義。竹葉的正反表面在相同的環(huán)境條件下表現(xiàn)出不同的結露/結霜行為,為探究其原因,本文對竹葉的微觀形貌、潤濕性和結露結霜行為進行了觀測。研究發(fā)現(xiàn),蠟質層、納米針狀結構以及表面潤濕性的差異是引起竹葉正反兩面結露結霜性能不同的原因。對于竹葉反面,高接觸角增大了水蒸氣相變成核時的熱力學勢壘;蠟質層和較小的接觸面積減小液滴的阻滯功,納米針狀結構提供較大的拉普拉斯壓力驅使液滴向上運動,因此微液滴合并釋放的表面能驅動液滴發(fā)生彈跳,延緩了結露過程。微液滴在竹葉表面的實際接觸面積會影響結霜過程中的液滴凍結和霜晶生長,相比竹葉正面,與微液滴接觸面積更小的竹葉反面具有更優(yōu)的抗結霜性能。為進一步探究竹葉表面的結露結霜特性與微結構、低表面能及潤濕性的聯(lián)系,基于竹葉表面的微觀形貌設計了仿生結構。采用電火花線切割加工構建仿生結構Ⅰ,采用激光加工和溶膠凝膠-水熱法構建仿生結構Ⅱ,以潤濕性為評價標準優(yōu)化加工參數(shù),實現(xiàn)仿生結構表面的制備。采用結露結霜試驗臺對仿生表面的結露結霜性能進行測試。... 

【文章來源】：長春理工大學吉林省

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

結露結霜的典型案例(a)空調出風口處結露；(b)冰箱內部壓縮機結霜

ソ嗆偷駝掣攪Φ暮梢侗礱婺芄灰種平崧斷窒�。葰g??驗結果卻表明，荷葉表面的抗結露效果并不理想。Cheng[10]等發(fā)現(xiàn)，放置在荷葉表面的液滴可以迅速滾走，表現(xiàn)出優(yōu)異的超疏水性和低粘性；如果將荷葉放置于結露環(huán)境中，當水蒸氣在其表面結露后，荷葉表面便失去了原有的超疏水性。他們猜測，凝結的微液滴可能浸入到荷葉表面的乳突結構中，將貯藏的空氣擠出，因此導致荷葉表面失去了超疏水性。為了驗證這個猜想，他們通過環(huán)境掃描電鏡（ESEM）對荷葉表面的結露過程進行了觀察[11]。他們發(fā)現(xiàn)，露珠底部被荷葉表面的凸起刺穿了（圖1.4）。雖然這些露珠在荷葉表面的表觀接觸角仍然較大，但由于底部被刺穿，這些露珠被“扎”在了荷葉表面上難以脫附。圖1.4荷葉表面的結露過程[11]Narhe[12]等對具有不同微米結構的超疏水表面進行了結露試驗，結果表明這些表面的露珠最終會呈現(xiàn)Wenzel狀態(tài)。陳曉玲[13]等利用偏光顯微鏡和接觸角測量儀對制備的超疏水表面的結露特性進行了研究，他們發(fā)現(xiàn)水蒸氣會在表面微結構的內部形成液滴，這些液滴會以Wenzel狀態(tài)與材料表面接觸，這使得試樣表面的疏水性被破壞，Jung[14]等利用ESEM觀察具有微米硅柱陣列的超疏水表面的結露過程后得到了類似的結果（圖1.5）。Miljkovic[15]等發(fā)現(xiàn)，在水蒸氣飽和度較高的條件下，超疏水表面的結露液滴會從Cassie狀態(tài)轉變?yōu)閃enzel狀態(tài)并形成水膜鋪展在試樣表面。有研究學者試圖通過外加振動[16]將超疏水表面的Wenzel狀態(tài)的結露液滴轉化為Cassie狀態(tài)，從而使液滴容易脫離表面。由此可見，如何使結露液滴保持Cassie狀態(tài)，是制備抗結露表面的關鍵。圖1.5超疏水表面的微小冷凝液滴合并過程[14]Chen[17]等通過微機械加工和沉積法制備了具有高縱寬比納米結構的超疏水表面，結露

觀接觸角仍然較大，但由于底部被刺穿，這些露珠被“扎”在了荷葉表面上難以脫附。圖1.4荷葉表面的結露過程[11]Narhe[12]等對具有不同微米結構的超疏水表面進行了結露試驗，結果表明這些表面的露珠最終會呈現(xiàn)Wenzel狀態(tài)。陳曉玲[13]等利用偏光顯微鏡和接觸角測量儀對制備的超疏水表面的結露特性進行了研究，他們發(fā)現(xiàn)水蒸氣會在表面微結構的內部形成液滴，這些液滴會以Wenzel狀態(tài)與材料表面接觸，這使得試樣表面的疏水性被破壞，Jung[14]等利用ESEM觀察具有微米硅柱陣列的超疏水表面的結露過程后得到了類似的結果（圖1.5）。Miljkovic[15]等發(fā)現(xiàn)，在水蒸氣飽和度較高的條件下，超疏水表面的結露液滴會從Cassie狀態(tài)轉變?yōu)閃enzel狀態(tài)并形成水膜鋪展在試樣表面。有研究學者試圖通過外加振動[16]將超疏水表面的Wenzel狀態(tài)的結露液滴轉化為Cassie狀態(tài)，從而使液滴容易脫離表面。由此可見，如何使結露液滴保持Cassie狀態(tài)，是制備抗結露表面的關鍵。圖1.5超疏水表面的微小冷凝液滴合并過程[14]Chen[17]等通過微機械加工和沉積法制備了具有高縱寬比納米結構的超疏水表面，結露試驗表明，該表面在結露試驗中和試驗后均能使結露液滴保持Cassie狀態(tài)。他們

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3275421