梅茂飞, 胡 峰, 韩 崇

(徐州工程学院 数学与物理科学学院,江苏 徐州 221111)

0 引言

自Schmidt等[1]发现滴状冷凝这种更为高效的相变传热方式之后,众多学者就滴状冷凝中的热质传递现象进行了大量研究．其中,我国学者开展了许多重要的、开创性的工作[2-5]．

(1)

这里ΔT为气体与凝结表面之间的温差,Ts为饱和蒸汽温度,Hfg为汽化潜热,σ和ρ分别为液滴的表面张力和密度．从方程(1)可以看出,对于相同的凝结工质和饱和蒸汽温度,成核密度只与温差有关,而与固体表面的几何形貌无关．而Mu等[7]通过观察镁表面氧元素的增加量,发现成核密度与镁表面的粗糙程度成正比．综合Rose和Mu等的观点,冷凝表面的成核密度应该既与温差有关,又与表面的粗糙形貌有关．由于缺少测定成核密度的有效实验手段,目前研究成核密度对滴状冷凝热交换的影响主要依靠数值模拟[8]和理论分析[9]．本文将通过数值模拟研究冷凝表面的液滴生长过程．

1 粗糙表面成核密度

令面积为Af的粗糙表面液滴成核密度为Nf,粗糙表面在光滑表面的投影面积为A0,投影表面上液滴成核密度为N0．若粗糙表面与光滑表面的成核密度成正比,则有

(2)

这里f=Af/A0表示实际面积与其投影面积之比,称为粗糙因子．从方程(2)可知,若光滑表面的成核密度为1010cm-2,f=2的粗糙表面可以使Nf增加一倍．由于最小液滴尺寸为纳米量级,纳米结构的粗糙表面对液滴的成核密度影响较小,本文的粗糙表面主要指具有微米结构的表面．在光滑表……