滴状冷凝的传热系数很高，是一种极具吸引力的传热方式。换热器若应用滴状冷凝，会使得冷凝侧的热阻非常小，而流体、水侧污垢和管壁的热阻则为影响传热速率的主要因素。

蒸汽在低于其饱和温度的壁面上变成液体同时放出相变热(潜热)，并把相变热传递给壁面的热交换过程，称为冷凝传热过程。从宏观上讲，冷凝过程分为膜状冷凝和滴状冷凝两类。一般地说，冷凝传热过程是一种高效热传递过程，它的换热系数高于同种流体的单相对流换热系数。

确定两类冷凝方式的依据是冷凝液能否润湿壁面。如果冷凝液能够很好地润湿壁面，它就在壁面铺展成膜，这种冷凝形式称为膜状冷凝。膜状冷凝时，液膜在重力作用下不断地沿壁面流动。此时，冷凝所放出的相变热(潜热)必须穿过液膜才能传递到冷却壁面上，而液膜层就成为传热的主要热阻。当冷凝液不能很好地润湿壁面时，冷凝液在壁面上形成一个个的小液珠，此冷凝形式称为滴状冷凝。液滴长大后，由于受重力的作用会不断地携带着沿途的其他液滴沿壁面流下。与此同时，新的液滴又会在原来的路径上重新复生。这样，冷凝放出的相变热就可能直接地传递给壁面。

滴状冷凝时的传热系数要比其他条件相同的膜状冷凝大几倍甚至大一个数量级，是一种理想的冷凝传热过程。但是，迄今维持滴状冷凝形式的时间不能持久，故在绝大多数工业冷凝器中，例如动力与制冷装置的冷凝器上，实际上得到的都是膜状冷凝。尽管近年来滴状冷凝的研究工作取得了不少进展，然而要在工业冷凝器中实现滴状冷凝，还有大量的工作要做。

滴状冷凝是一种高效冷凝过程，是增强冷凝传热的重要措施。故人们对滴状冷凝包括传热的机理、维持滴状冷凝的条件以及工业应用的前景等一系列课题进行了长期的、系统的研究。它不仅涉及传热传质学、金属学、化学，还涉及表面科学和表面技术等诸多科学技术领域。到目前为止，滴状冷凝的机理研究已取得较大进展，但滴状冷凝的工业化应用尚未有突破性成果。其主要解决的问题是寻找能在工业条件下长期维持滴状冷凝的表面材料极其表面处理技术。

滴状冷凝的先决条件是冷凝液不润湿壁面(接触角大)。也就是说，只有冷凝壁材料的表面能较低，或通过一定的措施增大液、固之间的表面张力，减小冷凝液附着表面的润湿能力，冷凝液才有可能在它上面以液滴的形式出现而不以膜状的形式铺展。Westwater曾对蒸汽在固体表面七遇冷凝结的滴化现象作了描述：由于滴内为液体，润湿性液体的冷凝液滴可在冷表面上不平整的更小曲率半径下发育与生长，固体壁面上的凹坑或者缺陷几乎都能成为有效的成滴核心。如果成滴的分布密度极高，液滴容易与相邻的液滴就地汇聚而成液膜；在壁面上涂抹脂肪酸、石蜡之类的有机涂层，将有效堵塞许多可能的成滴核心，从而阻止连续冷凝液膜的形成，促成滴状冷凝的出现。

滴状冷凝是一个不断重复的非稳定的循环过程，它由液滴的生长、长大、合并和脱落四个随机的子过程组成，见图8.4-1。研究循环中的每个阶段及其相互关系是滴状冷凝传热机理研究的基本工作。

初始液滴生成机制是滴状冷凝传热机理的基础。关于初始液滴生成机制，目前有两种基本假说，即Jakob等提出的液膜破裂假说和Fatica的提出的固定成核中心假说。Umur等(1965年)用热力学的方法对滴状冷凝的初始行为进行了分析，指出在非润湿性表面上，液膜的持续生长是不可能的，液滴之间不存在超过一个分子层厚的液膜。固定成核中心假说被大多数学者所接受。成核理论认为，液滴在固体表面上随机分布的位置成核，这些位置是表面的凹坑、沟槽、划痕等缺陷，能够形成液核的缺陷尺寸取决于过冷度。尽管固定成核中心假说被多数学者证实和认同，但是液滴与液滴之间是否存在极薄液膜相连一直是个争论的问题。

宋永吉等从吸附的观点并结合成核基本理论，提出了滴状冷凝过程中初始液滴生成的滴膜共存机制。认为冷凝过程中液滴的生成必须具备两个条件：①冷却壁面的表面能低；②壁面存在成核中心。以吸附理沦为根据，指出在冷凝表面上不存在宏观尺度数量级的“洁净”表面，液滴之间存在的液膜将对冷凝传热产生重要影响。在冷凝表面上存在大量不同尺寸的液滴并按一定规律分布，液滴之问存在一定厚度的连续的薄液膜，冷凝蒸汽在液膜表面冷凝产生的液体，不断地沿着膜表面向周围液滴过度。宋永吉等在初始液滴生成的液膜共存机制的基础上，获得了滴状冷凝传热模型，即滴状冷凝的总传热量为通过液膜区和液滴区热量的加和。并以此推导出了传热系数的理论计算式，通过计算认为，液滴之问的液膜区是热量传递的主要通道。

影响滴状冷凝传热特性的因素包括蒸汽压力、冷凝液滴行为、冷凝表面材料的物理化学特性、表面倾角(即重力)以及不凝性气体的存在等。到目前为止，液滴脱落直径和表面材料导热系数的影响已经有了较为满意的结论，而其他方面的研究还很不完善。冷凝液滴行为包括液滴分布、液滴生长速率和液滴脱落直径。

液滴分布、液滴生长速率和液滴脱落直径是影响滴状冷凝传热特性的关键参数。郭修范等以力学平衡原理推导出了液滴脱落直径及其表面倾角的关系式。宋永吉等利用高速摄影研究了液滴分布、液滴生长速率和液滴脱落直径的规律。指出液滴分布主要与表面性能有关；液滴的生长初期主要以蒸汽的直接冷凝为主，后期主要以液滴之间的合并为主，其主要影响因素是操作条件：液滴的脱落直径主要与表面因素有关，接触角较大的表面，液滴脱落直径较小，Yu-Ting Wu等认为滴状冷凝是一个典型的分形过程，并以随机分形模型来描述液滴的尺寸及其空问分布规律。该模型考虑了液滴分布的随机性和冷凝表面热通量的相异性，克服了Rose模型的局限，并用其理论结果与实验数据进行了对比，此项研究为滴状冷凝传热的直接数字模拟奠定r基础。图8.4-3为随机分形模型生成的液滴分布与实际凝结表面液滴分布的对照图。吴玉庭等又根据上述模型，对不同材料表面滴状冷凝换热进行厂数值模拟，结果表明，滴状冷凝传热系数随冷凝壁材料导热系数的降低而减低。曹治觉从化学势变化的角度对液滴的冷凝过程进行了动态描述，给出了实现持续的Brown凝并的条件，结合冷凝器管壁面液滴的脱落半径与接触角的关系，求出了滴状冷凝时的液滴接触角的最优选择范围。

滴状冷凝是对流换热有相变的一种基本机制。滴状冷凝现象的复杂性，包括在时间上的不连续性，成滴核心位置的不确定性以及表面张力主控下冷凝液滴脱离壁面掉落时的形状与大小等等，至今尚不能准确描述。

滴状冷凝换热过程包括冷凝液滴和冷凝壁换热两部分组成。液滴的传热一般是通过分析单个液滴的传热，再由液滴分布函数求出通过冷凝壁上所有液滴的传热量。影响单个液滴传热的因素有三个：表面张力；相际传质；通过液滴的导热。一般来说，表面张力对传热的影响呵以忽略。Rose认为通过单个液滴的传热过程可以看成是液滴内部的二维稳态导热过程。他考虑了液滴的导热和气液分界面的传热过程，利用差分不等式求得了通过单个半球形液滴以气液分界面为基准的热流密度。关于液滴的分布目前有两种方法进行描述，一种是以液滴的一般分布函数来进行描述，另外一种是Yu-Ting Wu等提出的随机分形模型来描述液滴的分布。关于冷凝壁的换热也有两种观点，一种认为在滴状冷凝过程中冷凝壁是裸露的，裸露表面的换热可看作是蒸汽掠过表面的强制对流；另一种是宋永吉等提出的滴膜共存机理，认为冷凝壁I二液滴与液滴之问存在着一定厚度的薄层液膜，总传热量应为通过液滴区的传热量和液膜区的传热量的总和。宋永吉等认为通过液膜区的传热阻力有两项：由相际传质而产生的传热阻力；由液膜导热而产生的传热阻力。

滴状冷凝传热在以下三个方面优于常规的强化膜状冷凝传热方式：

①滴状冷凝可以获得很高的热负荷能力，特别是在高冷凝速率时，冷凝液膜的液泛使微型结构的表面的毛细

作用力失去作用；

②污垢对常规方法的传热恶化程度要远远超过对滴状冷凝传热的影响；

③对于常规方法的卧式冷凝器，由于上管排的喷淋作用，底部管排的淹没效应将削弱整台冷凝器的传热能力。实验表明，淹没效应对滴状冷凝传热的影响较小。