[发明专利]超疏水表面滴状冷凝传热性能控制方法及装置

摘要

本发明公开了一种超疏水表面冷凝传热性能控制方法及装置，特点是，将冷凝换热器表面进行改性成为成具有一定微观结构的超疏水表面，用包括计算机、控制模块和实现模块的装置，首先实现滴状冷凝；然后对冷凝换热器主体施加机械带宽微振动迫使某一尺寸或某一尺寸范围冷凝水滴从换热器表面快速脱落。达到控制滴状冷凝传热性能的目的。本发明的有益效果是可以实现冷凝传热的强化，同时对换热性能的强弱进行控制。利用对换热表面加载微振动的方式，使得凝结液滴的浸润状态发生转变，液滴易从表面脱落，同时，所加载机械振动为一宽频率振动，可对不同大小凝结液滴产生作用。控制滴状凝结过程中的脱落直径，实现对滴状凝结换热强弱的控制。

主权项

1.一种超疏水表面滴状冷凝传热性能控制方法，特征在于，该方法主要包括以下步骤：(1) 在冷凝换热器表面加工制备微凸结构的超疏水表面，微凸结构型式为微圆柱、微梯形柱、微矩形柱或微方柱；(2) 将信号发生/合成器与功率放大器相连，功率放大器与微振动换能器相连，将微振动换能器和冷凝换热器的冷凝管道固紧，根据信号发生/合成器设定的正弦电信号，经功率放大器放大之后驱动微振动换能器产生一个带宽频率1～300Hz的机械微振动，加载于冷凝换热器主体，由冷凝换热器的传热性能检测单元对冷凝换热器性能进行测试，将将检测到的信号传输给反馈控制调节单元，根据反馈的传热性能信号更新预设定正弦信号的频率及振幅，再对信号发生/合成器和功率放大器进行调节，从而调节微振动换能器的微振动信号频率及振幅；(3) 测定冷凝换热器表面某一凝结液滴尺寸，计算该凝结液滴共振频率：对于一定尺寸的液滴，当施加的微振动频率和其共振频率一致时，其振动幅值达到最大，附着于固体表面的液滴，其共振动频率为（5）其中式中，g为重力加速度；为液滴的表面张力；表示液滴的密度；V为液滴的体积；为从液滴底部到定点的边界弧长，和液滴尺寸以及接触角有关；为液滴在超疏水固体表面的表观接触角；为液滴与固体表面的接触直径；为液滴直径，对冷凝换热器加载该频率的机械微振动，通过调整微振动振幅，在某一振动参数下使得已知尺寸的冷凝液滴浸润状态发生超疏水状态转变，从而使该冷凝液滴从换热表面快速强制脱落，根据不同体积大小液滴的共振频率与发生转变时的振幅阈值，对信号发生/合成器进行带宽频率微振动信号合成，快速诱导某一尺寸范围的冷凝液滴快速转变为超疏水状态，实现快速脱落，利用本步骤可以实现对冷凝器传热性能的小范围调节；(4) 重复步骤（2）、（3），确定在共振频率下不同尺寸冷凝液滴在浸润状态发生转变时所加载机械微微振动频率及振幅；(5) 根据所确定的冷凝液滴脱落尺寸范围，将各液滴脱落尺寸对应的浸润状态发生转变时加载的微振动的波形叠加，得到由步骤（4）计算得到的不同大小液滴的共振频率的机械微振动合成信号；(6) 将从(5)中得到的合成信号经信号发生/合成器输出，经功率放大器进行功率放大再接入微振动换能器，产生相应的宽频微振动信号，作用于冷凝换热器主体，根据共振理论，可以实现对滴状冷凝某单一尺寸范围液滴脱落尺寸和脱落频率的控制，利用本步骤可以实现冷凝器传热性能的大范围调节。