[發明專利]一種混合蒸氣冷凝傳熱強化表面、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201711310877.0
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108097553B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 馬學虎;程雅琦;蘭忠
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B05D1/00
• 分類號: B05D1/00;C23F1/34;B05D7/14
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 楊翠翠

1.一種混合蒸氣冷凝傳熱強化表面在混合蒸汽冷凝換熱中的應用，其特征在于：該表面為亞毫米V形結構和納米結構二級結構表面，該表面在空氣中呈現超疏水性潤濕特征；所述亞毫米V形結構的深度為0.3-3mm，V形夾角20°-150°；

所述亞毫米V形槽結構通過機械雕刻、線切割或激光燒蝕的方法制備；所述納米結構通過刻蝕法、相分離法、電紡法、溶膠凝膠法或模板法的方法制備；所述超疏水性潤濕特征通過氣相沉積、分子自組裝的方法在微納米結構上施以低表面能物質而獲得；

在混合蒸汽冷凝換熱中，沿V形槽深度方向，Wenzel潤濕模式占據的深度小于V形槽深度的1/2，隨深度增大冷凝液滴變為Cassie潤濕模式；

所述混合蒸汽為包括可凝結氣體和非凝結性氣體的組合氣體；

混合蒸汽的冷凝液滴與表面納米結構所形成的Wenzel潤濕模式，包含完全潤濕和部分潤濕，液滴滾動角大于5°；

懸靠于V形槽內的液滴在生長過程中出現向V槽外的自驅運動，其與V形槽之間的固液接觸面積逐漸減小，即固液黏附力減小；

液滴最終通過合并或在重力作用下沖刷脫落，從而使滴狀冷凝持續進行；

脫落頻率最高的液滴半徑等于V形槽頂部寬度，從而通過V形槽結構參數控制液滴脫落尺寸。

2.根據權利要求1所述的一種混合蒸氣冷凝傳熱強化表面在混合蒸汽冷凝換熱中的應用，其特征在于：該表面為亞毫米V形結構和納米結構二級結構表面，該表面在空氣中呈現超疏水性潤濕特征；所述亞毫米V形結構的V形槽深1mm，底部和頂部的錐角均為30°；所述亞毫米V形槽結構通過機械雕刻、線切割或激光燒蝕的方法制備；所述納米結構通過刻蝕法、相分離法、電紡法、溶膠凝膠法或模板法的方法制備；所述超疏水性潤濕特征通過氣相沉積、分子自組裝的方法在微納米結構上施以低表面能物質而獲得。

3.根據權利要求2所述的一種混合蒸氣冷凝傳熱強化表面在混合蒸汽冷凝換熱中的應用，其特征在于，所述混合蒸氣冷凝傳熱強化表面的制備方法包括以下步驟：

(1)紫銅基底預處理：采用800目、1200目、2000目、3000目砂紙依次打磨，拋光；

(2)亞毫米V形槽機械雕刻：采用單線雕刻模式，用錐角為30°的平底錐度刀對銅表面進行V形槽雕刻，雕刻深度為1mm，以獲得具有V形結構的銅表面；

(3)油漬清洗處理：依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲振蕩清洗3分鐘，并用氮氣吹干；

(4)氧化刻蝕：將洗凈的銅表面浸入96攝氏度的刻蝕溶液中，保持10分鐘，取出后用去離子水洗凈，氮氣吹干；所述刻蝕溶液為亞氯酸鈉、氫氧化鈉、十二水磷酸鈉、去離子水質量比為3.75:5:10:100的混合溶液；

(5)疏水化處理：采用氣相沉積的方法將表面修飾劑1H,1H,2H,2H-全氟三氯硅烷沉積在氧化刻蝕的樣品表面，去離子水沖洗，氮氣吹干。