中文摘要：

探索滴状冷凝过程微观现象，对深入研究其传热机制和开发高效传热元件具有重要的学术意义和应用价值。虽然以Rose等为代表的滴状冷凝传热模型已成为一个经典理论被广泛接受,但该模型仅涉及滴状冷凝传热过程中的基本宏观特征。研究滴状冷凝传热过程的微观机制，揭示该过程热物理本质是国际学术界长期关注的科学问题。对于冷凝核化前蒸气运动图景的刻画，对微小液滴的分布特征及其明显的尺寸分代特征的研究，探究不同液固体系和表面微观物理化学结构对传热特性的影响，都将极大地促进滴状冷凝传热机理和过程强化的研究进展。本项目拟从相变过程的热物理本质出发，引入分子团聚的理论，采用理论分析和实验观测的方法，描述冷凝前蒸气分子运动的团聚行为，研究蒸汽团聚规律与液滴核化的关系，表征液滴核化机制的"量子"化特征和微小液滴分布的分代特征，研究壁面几何微结构和材料的物理化学特性对蒸汽团聚、液滴核化和液滴生长以及冷凝传热性能的影响。

结论摘要：

针对滴状冷凝过程中热质传递微观机制的物理问题，提出蒸汽分子团聚成核的冷凝物理模型来描述蒸气分子发生核化前的物理图景，并通过微小液滴尺寸分布与团簇尺寸分布间的对比以及冷凝过程中壁面反射光谱的理论分析对团簇模型进行了验证。在此基础上，引入壁面条件，分析壁面条件以及过冷度和饱和蒸汽温度等操作参数对冷凝传热的影响，获得的数学模型与实验数据较好吻合。进一步地，在团聚冷凝模型中考察了不凝气分子的影响，揭示出不凝气分子等概率地取代蒸汽分子团簇从而急剧减少冷凝分子比率的物理过程，从新的角度定量分析了不凝气分子影响冷凝传热的微观物理机制，模型结果与不同不凝气含量下的蒸汽冷凝传热数据吻合较好。同时，通过反射光谱对比以及不同刻蚀程度疏水表面上初始冷凝实验的对比，分析了表面微观结构对团簇淀积速率以及初始液滴分布的影响，研究表明壁面几何结构尺寸明显影响气相内部的团簇尺寸分布，从而影响整体传热性能。研究结果显示，蒸汽分子团聚成核物理模型可以较好的描述蒸气分子冷凝的微观物理图景，通过合理的壁面微观几何结构构建，可以实现冷凝表面团聚成核和冷凝传热的协同优化。