第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

61 / 2020-09-14 12:43:18

无化学激光选区微织构提高不锈钢表面冷凝传热性能

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金属超疏水表面的有机改性存在环境污染风险、热阻高、加工效率低、易脱落等问题。为了提高不锈钢表面的冷凝传热性能，提出了一种无化学激光选区微织构技术。采用纳秒激光对不锈钢板进行选区微织构，获得超亲水、超疏水的楔形间隔表面。分析了表面形貌、化学成分，比较了超亲水和超疏水表面的表面温度、平均冷凝脱落直径、冷凝过程，并搭建系统测量了冷凝传热系数。微织构的周期性沟槽-凸起表面分布着微米-纳米多级结构，热处理有利于激光微织构凸起与沟槽表面纳米团簇的充分氧化和长大，形成了稳定的低表面能的纳米氧化物毛刺覆盖表面，达到超疏水效果。二次微织构可在超疏水表面上重新得到超亲水表面，并可以选区织构出设计的亲疏间隔图案。同时设计了不同亲、疏水选区面积比的激光微织构表面，进行传热比较分析。结果表明，与激光微织构全超疏水表面相比，冷凝液滴生长到激光选择区域的超疏水边界后，限制其快速生长并发生合并，同时通过楔形超亲水通道的自输运作用快速脱落，脱落直径减小，加快冷凝传热速度，提高冷凝换热系数。而且选区微织构的超疏水面积占比越大，冷凝传热系数越高，最大是96.2 W·m^-2·K^-1，是全亲水的3.3倍，是全疏水的1.2倍。