Зависимость гидрофобных свойств поверхности теплообмена от структуры некоторых стимуляторов капельной конденсации приведена на рис. 1. Белыми символами обозначены атомы серы, соединенные с металлом (медью), черными – группы типа COOH. Во всех случаях, показанных на рис. 1, наблюдалась ярко выраженная капельная конденсация.
Можно выделить два основных фактора, обусловленные свойствами гидрофобизатора. Только те вещества, у которых поверхностно-активные группы содержали по крайней мере, один атом серы или селена, могли образовывать ковалентную связь и удерживаться на поверхности длительное время (рис. 1, а). Немаловажным является и фактор «живучести» гидрофобизатора на поверхности при длительном действии относительно высоких температур. В этом случае определенным преимуществом обладают полимерные стимуляторы (рис. 1, б). Качественная капельная конденсация наблюдалась также и в случае, когда пар контактировал с неполярными углеводородными радикалами (рис. 1,в). Если молекула гидрофобизатора содержит полярную группу (например, COOH), размещенную в конце молекулы, то пар конденсируется в виде пленки. Таким образом, полярную группа должна быть защищена от пара гидрофобными неполярными группами.
Рис.1. Структура мономолекулярных слоев различных лио- и гидрофобизаторов на поверхности металла: а) ковалентная связь атома серы с металлом и неполярный «хвост» радикала; б) характеристика расположения мономолекулярного слоя полимерного стимулятора; в) модель гидрофобизатора с неполярными углеводородными радикалами.
Особенности механизма капельной конденсации
Нанесение ПАВ на теплообменную поверхность может осуществляться из паровой фазы или при непосредственном контакте. При этом диапазон размеров частиц вещества может быть расширен от нанометров до микрометров [3].
При достаточных тепловых потоках и степени лиофобности поверхности характерной особенностью капельной конденсации является непрерывное возникновение, естественный рост, слияние и удаление капель с поверхности теплообмена.
Начальное дробление капель происходит практически мгновенно (рис. 2). Когда они становятся достаточно большими, чтобы при контакте сливаться, количество капель на поверхности уменьшается. Размер наименьших капель, которые можно измерить при оптическом увеличении, составляет до 0.5 мкм в радиусе. После начального дробления плотность наименьших видимых капель может рассматриваться как среднестатистическая неизменная величина. Начальное дробление можно считать завершенным, когда капли будут соприкасаться и соединяться друг с другом. Дроблению новых капель препятствует слияние уже существующих относительно крупных капель. Скорость роста капель при высоких давлениях пара возрастает. Слияние происходит более интенсивно при высоких температурах. Все эти процессы определяют высокие значения коэффициентов теплоотдачи. У капель поверхность больше, чем у пленки, при равенстве оснований. Соотношение между поверхностью капли и областью ее основания составляет 1.33. Если поверхность теплообмена покрыта каплями приблизительно на 75%, то их поверхность будет равняться поверхности пленки.
Рис. 2. Характер развития капель в отдельные промежутки времени с момента начала конденсации: а) через 0.01 с; б) через 0.02 с; в) в момент слияния капель через 0.03 с; г) через 0.05 с; белые символы – капли домикронных размеров, черные – капли микронного класса.
Исследования мономолекулярных слоев на поверхности металла при помощи на поверхности металла при помощи туннельной наномикроскопии позволили установить, что атомы металла имеют квазигексагональное расположение (рис. 3). Аналогичным образом можно охарактеризовать и расположение мономолекулярного слоя гидрофозитора.
Рис. 3. Схема расположения мономолекулярных слоев поверхности теплообмена (белые символы) и стимулятора капельной конденсации (темные символы) в соответствии с данными туннельной наномикроскопии: а) квазигексагональное расположение атомов поверхности теплообмена; б) характеристика расположения мономолекулярного слоя стимулятора капельной конденсации, размерами порядка нескольких ангстрем, на поверхности теплообмена; в) то же для молекул стимулятора капельной конденсации размерами порядка нанометров.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.