蒸汽的冷凝有膜状凝结和珠状凝结两种方式。与膜状凝结相比,珠状凝结是一种高效的换热方式,其凝结换热系数较膜状凝结要高一个数量级以上。本文研究了珠状凝结的换热机理,并且与普通铜管管束进行对比,探讨了液滴脱落与聚集对于珠状凝结的影响。 首先,本文总结了有关珠状凝结传热机理及其应用方法的研究现状,提出了目前研究存在问题。对比不同尺度下,珠状凝结照片,应用分形定义指出了珠状凝结是一种典型的分形结构。在前人研究的基础上,借助分形数学方法,构造出珠状凝结液滴分布的分形模型,并且给出了珠状凝结分形维数计算公式。同时,给出了分形维数以及其影响因子的物理意义,详细分析了分形维数各影响因子对于珠状凝结的影响规律。另外,利用分形理论构造出液滴脱落碰撞的分形模型,给出了其分形维数。 其次,针对水平管束外凝结特点,理论上探讨了液滴脱落直径大小的确定,给出了脱落直径理论计算公式。 最后,针对形成珠状凝结表面的等离子注入表面改性铜管和普通铜管管束进行凝结换热对比试验,通过对于沿径向壁温分析,探讨液滴脱落对于珠状凝结换热的影响。同时,分别对下排管束不同淹没情况进行试验研究,探讨凝结液体淹没管束后凝结换热的变化规律。 本文在前人研究的基础上,首次给出了珠状凝结分形模型的分形维数物理意义,并且对液滴脱落与聚集现象进行试验研究。通过以上研究得出以下结论: 1.指出了珠状凝结是一种典型的分形结构,并且首次给出了珠状凝结的分形维数以及其各因素的物理意义。分形维数的变化呈现出凝结换热能力的高低。膜状凝结是珠状凝结的极限情况,其凝结分形维数为2。同时,借助分形理论,指出液滴的碰撞也是一种典型的分形结构,并且通过随机分形构造机理,构建出液滴碰撞随机分形模型,为以后详细探讨液滴碰撞换热机理提供了数学模型。给出了其分形维数计算公式,当等分数为3时,其分形维数为0.6309。 2.针对水平管束珠状凝结液滴脱落特点,给出了凝结液滴脱落直径的大小分析