濕空氣中表面性質對冷凝熱傳之影響

Influence of Surface Properties on Condensation Heat Transfer in Moist Air

邱豐彬(Feng-Ping Chiou)

指導教授 ： 黃振康

國立臺灣大學/生物資源暨農學院/生物產業機電工程學研究所/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2011.03085

摘要

冷凝熱傳為一種相變化的過程，並被預期有較高的熱傳效率，廣泛的使用於熱交換器中；但於某些場合之下會發生濕度下降或是鰭片因冷凝結霜而失去工作能力等情況，因此人們對於冷凝的增強或抑制會依需求而有不同的期望。
前人的研究中指出，表面的性質將會影響冷凝生成的型態，可分為薄膜冷凝(filmwise condensation, FWC)與滴式冷凝(dropwise condensation, DWC)兩種，於蒸汽的實驗中發現，生成DWC的對流熱傳係數約為FWC的十倍。
本研究使用Al-5083作為基本表面，並以表面粗化、市售潑水劑、奈米溶膠TiO2塗佈、奈米溶膠SiO2塗佈、DLC處理五種製作不同性質之表面以進行冷凝實驗，計算出熱通量與對流熱傳係數並比較表面性質對於冷凝熱傳之影響。
表面處理後以撥水劑塗佈可達到最大的接觸角91.0o，TiO2塗佈為最小接觸角5.2o，結果顯示表面接觸角越大越容易生成滴式冷凝；反之則較易生成薄膜冷凝。表面處理之耐久度以粗化處理最佳，TiO2塗佈效果最差。
空氣中的水氣含量過低，使相變熱傳所產生之潛熱小於溫差所產生之顯熱之故，因此於濕空氣中藉由本研究之表面處理方法對於冷凝熱傳提升之助益並不明顯。
疏水表面所需要相變化的過飽和溫度較親水表面高且成核速率較慢，其中以粗化處理表面需要最大過飽和溫度為2.3 oC；SiO2塗佈表面所需過飽和最小為0.3 oC。

關鍵字

表面處理 ； 冷凝熱傳 ； 初始成核溫度

並列摘要

無資料

並列關鍵字

surface treatments ； condensation heat transfer ； onset of condensation

參考文獻

Alfred, L. 2008. Improvement of Condensation Heat Transfer by Surface Modifications. Heat transfer engineering. 29(4): 343.

Bahadur, R. 2004. Nucleation rates for the condensation of monovalent metals. Journal of Chemical Physics. 121: 12499.

Bani Kananeh, A., M.H. Rausch, A.P. Froba, and A. Leipertz. 2006. Experimental study of dropwise condensation on plasma-ion implanted stainless steel tubes. International Journal of Heat and Mass Transfer. 49(25-26): 5018-5026.

Baojin, Q., Z. Li, X. Hong, and S. Yan. 2011. Experimental study on condensation heat transfer of steam on vertical titanium plates with different surface energies. Experimental Thermal and Fluid Science. 35(1): 211-218.

Butrymowicz, D., M. Trela, and J. Karwacki. 2003. Enhancement of condensation heat transfer by means of passive and active condensate drainage techniques. International Journal of Refrigeration. 26(4): 473-484.