滴状冷凝是目前人类已知效率最高的传热方式，因其在工业生产中的巨大潜力，一直受到业界的广泛关注。受制于动量方程的非线性特性及滴状冷凝过程的复杂性，过去的研究常考虑液滴在较为理想的静止纯蒸气中发生冷凝。然而在实际的工业生产中，不凝性气体总是不可避免地掺混在纯蒸汽中，强迫气相流动作为一种高效的强化传热手段被广泛地应用于滴状冷凝传热中。最近许多研究表明，不凝性气体、强制对流使得冷凝液滴传热的控制因素和强化机制显著改变。因此，明晰滴状冷凝在实际情况下的热质输运机理、利用机理性理解强化传热具有巨大的研究价值。

为了解决上述问题，华北电力大学工程热物理研究中心吴子仪同学作为第一作者，郑少飞副教授和王晓东教授作为通讯作者，在流体力学领域的top期刊Physics of Fluids上发表了湿空气环境中滴状冷凝多场耦合特性及强化传热的数值研究的论文，论文题目为“Convective transport characteristics of condensing droplets in moist air flow”。该项工作主要研究了冷凝液滴在流动湿空气中的热质输运机理，尝试为强化传热提供新的见解。工作中发现：（1）湿空气对气液界面的剪切效应产生的表面流主导了液滴内部的对流，极大地强化了滴状冷凝的传热性能（1.4 ~ 3.3倍）；（2）利用理论模型预测非亲水表面的传热系数时，需要利用修正因子考虑液滴内部流动对传热的强化；（3）由于外部强制对流、液滴间交互与滴状冷凝间的耦合效应，冷凝特性不仅取决于其尺寸、时空分布特性，还取决于液滴与外部流动间的作用关系。

【论文概述】

通过格子计算流体力学方法（CFD）模拟研究了孤立/非孤立液滴同在强制对流湿空气中的冷凝特性，发现了外部强制对流对滴状冷凝的的耦合强化机制，初步研究了交互效应对滴状冷凝的耦合影响机理，并为此类相变问题发展了一个可靠、灵活的技术手段。

（模拟示意图）

（冷凝特性云图）

（液滴内部流动、外部流动对传热的强化效果）

论文得到了国家自然科学基金 (No.52006064)、国家自然科学基金重点项目(No.51936004)、北京自然科学基金(No.3222043)、国家自然科学基金青年项目（No.52006068）、中央高校基础研究经费(No.2021MS050)资助。

撰稿人：吴子仪