激光选区微织构增强不锈钢表面冷凝传热

• 作者: 刘庆 刘顿 娄德元 成健 杨少坤 梅胜 翟中生 郑重
• 来源期刊: 表面技术
• 学科: 工学
• 关键词: 不锈钢 冷凝传热系数 选区微织构 纳秒激光 楔形通道
• 年，卷（期）: 2019,（11）
• 所属期刊栏目: 表面强化及功能化
• 页码范围: 202-210
• 页数: 9页
• 分类号: TG174.4
• 字数: 5030字
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.11.021

摘要

目的 针对特殊润湿性表面常用的化学法修饰具有高污染、热阻大和加工周期长的缺点,采用无化学的激光选区微织构技术增强不锈钢表面冷凝传热性能.方法 用纳秒脉冲光纤激光正交扫描微织构不锈钢表面,获得正方形网格沟槽-凸起结构的超亲水表面,在电热恒温干燥箱中热处理降低其表面自由能,获得接触角156.7°与滚动角4.2°的不锈钢超疏水表面.然后对超疏水表面进行激光二次微织构,制备出楔形超疏水-超亲水选区微织构表面.通过SEM、XPS及三维光学显微镜分析表面形貌、化学成分及三维轮廓.对比单一超亲水、超疏水及原始表面,测得试样背面温度、冷凝水量和冷凝液滴平均脱落直径,根据相关冷凝传热理论公式计算出四种试样的表面冷凝传热系数.结果 冷凝实验表明,楔形选区微织构表面冷凝传热系数可达到(159.7±1.8)W/(m2·K),其表面冷凝液滴平均脱落直径达到1.2 mm,约为单一超疏水表面冷凝传热系数的2.0倍,冷凝液滴平均脱落直径为全超疏水的55％.结论 选区微织构表面超亲水楔形通道对液流有自驱动作用,使冷凝液快速汇聚后脱离冷凝表面,这一选区微织构图案相比单一原始、超亲水及超疏水表面拥有更好的冷凝传热效果;同时表面冷凝液滴平均脱落直径减小,从而具有更高的冷凝传热系数.