合成热射流除霜除冰实验

实验研究了水滴在冷表面结冰结霜,以及合成热射流除霜除冰过程.实验中采用-30.0℃的半导体制冷片作为制冷源,将水滴滴在半导体制冷片的标定位置,在水滴完全结冰结霜且形态不再改变后,合成热射流激励器工作.利用电子显微镜观测并记录合成热射流除霜除冰的整个过程.结果显示:合成热射流能够完全除去结霜冰滴表面的霜,并且能将凝固水滴完全融化为透明的水滴.并且与合成双射流除霜效果相比,合成热射流的除霜速度极大增加,并且完全除霜后,冰滴的高度比合成双射流除霜减少20%.      

合成双射流控制机翼水滴撞击特性

在低速来流条件下,针对前缘位置嵌有合成射流/合成双射流激励器的机翼的水滴撞击特性开展了数值模拟研究,基于Fluent软件,采用Euler气液两相模型和欧拉壁面液膜（Eulerian wall film,EWF）模型,得到的计算结果表明:在合成射流或合成双射流的主动控制下,阻挡了机翼前缘等积冰重点防护区域内的水滴撞击,从而大幅降低了该区域的结冰强度.其机理是:在高频合成射流的作用下,机翼前缘上游附近形成了一对稳定的闭合回流区,形成了水滴的"真空区域".由于回流区内部水滴速度和质量分数较低,改变了机翼前缘水滴运动轨迹和水滴收集率分布,能够减少机翼前缘结冰程度并改变冰形,起到了虚拟气动外形的作用.      

旋转锥体表面积冰实验研究

通过小型冰风洞开展了发动机整流罩缩比模型即旋转锥体表面积冰可视化实验研究,获得了不同温度、锥体转速和液态水含量条件下不同时刻的霜冰、瘤状冰和刺冰三种类型积冰形貌,并且通过分析单个水滴在锥体表面的受力和传热进行了水滴的运动和凝固分析,结果表明温度越低水滴完全凝固所需的时间越短,当温度较高时,由于转速较大,锥体表面的未完全凝固液滴会在离心力作用下脱离锥面并在脱离的过程中凝固从而形成刺状结冰。     

过冷水滴碰撞结冰的实验与模拟研究

以宏观结冰/霜过程中过冷水滴的碰撞结冰现象为背景,实验对比了亲水和超疏水表面上常温水滴碰撞、常温水滴碰撞结冰和过冷水滴碰撞结冰的过程,建立了过冷水滴碰撞结冰过程的数值模型,研究了We数和接触角对碰撞结冰的影响。结果表明:相比于常温水滴的碰撞及其碰撞结冰过程,过冷水滴碰撞结冰过程的稳态铺展系数更大;随着过冷度和We数的增大以及接触角的减小,过冷水滴的碰撞结冰与常温水滴的碰撞在水滴形态和铺展系数上的差异逐渐增大。     

结冰环境热合成双射流激励器工作特性数值研究

为研究结冰环境中热合成双射流激励器工作特性,采用离散相模型(discrete phase model,DPM),结合动网格方法,数值研究了结冰环境中来流速度、液滴含量、液滴直径对激励器工作特性的影响.结果表明,来流速度较小时,双射流激励器出口形成热合成射流融合区,由于热射流的加热作用,温度较高,环境中的过冷液滴难以进入...     

磁场对冷表面上结霜过程影响的实验研究

本文对磁性表面上结霜现象进行了初步的实验研究.实验观察发现,磁性表面上水滴的凝结、霜晶的形成过程和霜晶的形态与非磁性表面上的情况是完全不同的,在磁性表面上凝结形成的液滴较非磁性表面上形成的液滴粒径更小、分布更加均匀,霜层结构更松散,更容易被去除.文章最后从理论上分析了这种现象产生的原因.     

快速来流条件下低温平板结霜行为实验研究

实验研究了快速来流条件下-33℃的低温平板在不同来流速度和湿度时的结霜行为。来流温度为38℃、来流速度为13 m·s~(-1)和31 m·s~(-1)、来流相对湿度为7%和50%。研究表明:与自然对流下生成的疏松霜层不同,快速来流条件下生成的霜层较致密、无后期致密化现象;快速来流条件下冷面结霜存在干模态结霜和湿模态结冰两种现象,发生湿模态结冰的条件为来流中水蒸气密度高于4.85 g·m~(-3)且霜面温度升至0℃;不同来流湿度条件下,来流速度对霜层厚度生长速率的影响规律不同。     

低Reynolds数下合成双射流控制结冰翼型流动分离的数值模拟

通过FLUENT软件数值模拟的方法,分别对结明冰、混合冰、霜冰翼型的气动特性进行了研究,分析了合成双射流对改善结冰翼型流动分离的影响规律.结果表明:3种冰形均破坏了翼型的流线型,对翼型的气动力特性有不同程度的影响,其中霜冰对翼型气动力特性影响最小,明冰对翼型气动力特性影响最大,混合冰介于两者之间.开启合成双射流激励器,在小攻角情况下,结冰翼型的气动特性得到了有效的改善.而在大攻角情况下,合成双射流激励器不能完全消除分离涡,但可以推迟分离涡,分离涡厚度增加,分离涡最厚点推后.      

水滴撞击结冰过程的分子动力学模拟

利用三维分子动力学模拟方法,研究了纳米尺度水滴撞击冷壁面的结冰过程.数值模拟中,统计系统采用微正则系综,势能函数选用TIP4P/ice模型,温度校正使用速度定标法,牛顿运动方程的求解采用文莱特算法,水滴内部结冰过程则通过统计垂直方向水分子温度分布来判定.研究发现,当冷壁面温度降低时,水滴完全结冰的时间减小,但水滴降至壁面温度的时间却增大;同时随着壁面亲水性降低,水滴内部热传递速度减慢(尤其是冷壁面与水滴底端分子层间),水滴内部温度趋于均匀,但水滴完全结冰时间延长.     

竖直低温星形翅片管表面结霜及传热传质理论模型

文中采用维元法建立了竖直星形翅片管表面的非稳态结霜及传热传质模型,重点考虑了霜层表面存在的对流、凝华以及辐射三种传热机理。理论模型的计算结果表明,霜层的生长速度以及霜层表面的温度升高都是一个逐渐变缓的过程。在这个过程中,三种机理的传热分量也随之变化。同时,随着霜层厚度的增加,翅片管整体传热效率降低,管内过冷区和饱和区的长度都被拉长。     

分形理论结合相变动力学的冷表面结霜过程模拟

运用分形理论并结合相变动力学模拟冷表面上结霜过程.在相变动力学基础上成功模拟了结霜初始阶段水蒸气在冷表面上凝结、液滴生长及冻结过程,随后运用分形理论的有限制的扩散凝聚(diffusion limited aggregation,DLA) 模型模拟了霜晶在冻结液滴表面上的形成生长过程.模拟结果与实验结果取得良好的一致,模拟过程中凝结液滴出现及冻结的时间与实验结果几乎完全符合;液滴冻结之前其表面接触半径随时间变化的模拟结果与实验结果基本一致,同时模拟霜层厚度与实验测得霜层厚度也非常接近.研究结果对于探讨分形理 关键词： 分形 相变动力学 结霜 模拟     

合成双射流激励器振动噪声特性

合成双射流激励器工作噪声远低于合成射流激励器工作噪声, 但其噪声特性仍然限制了其应用于笔记本电脑、空调、冰箱等室内电子设备散热. 为降低合成双射流激励器整体噪声, 采用数值模拟的手段探究合成双射流激励器在不同边界条件下的振动噪声特性, 为合成双射流激励器降噪设计提供指导. 结果表明: 压电振子与壳体的振动共同影响着激励器振动噪声声压级大小; 夹持条件对振动噪声影响很大, 压电振子处于夹支条件时, 激励器的振动噪声声压级比压电振子处于简支时的激励器最大声压级低10 dB.      

Investigation of piezoelectrically generated synthetic jet flow

The purpose of this paper is to investigate the compressible turbulent synthetic jet flow characteristics of a dual diaphragm piezoelectric actuator. Experimentally, a flow visualization system was established to obtain the particle streak images scattered from 10-μm red fluorescent spheres for observing the synthetic jet flowfield produced by a dual diaphragm piezo actuator. The centerline velocity of the synthetic jet was also measured by using a hot-wire anemometry system. In the analysis, the computational approach adopted the transient three-dimensional conservation equations of mass and momentum with the moving boundary specified to represent the piezo diaphragm motion. The standard k-∈ two-equation turbulent model was employed for turbulence closure. For the actuator operating at the frequency of 648 Hz, the particle streakline images in the cross-sectional plane visualized a turbulent jet flow pattern in the far-field area. The hot-wire anemometry data indicated that the measured centerline velocity of synthetic jets reached 3.8 m/s at y/d= 50. The predictions were compared with the visualized particle streak images and centerline velocity of the synthetic jet in order to validate the computer code. The numerical simulation revealed the time-periodic formation and advection of discrete vortex pairs. Caused by the outward movement of the piezo diaphragms, air near the orifice was entrained into the actuator cavity when the vortex pairs were sufficiently distant from the orifice.     

结构高度对纳米液滴碰撞壁面过程的影响

液滴与壁面的碰撞过程广泛存在于自然界以及各类生产生活中,探究其传热传质作用机理以及形态演变对发展表面自清洁、喷墨打印、强化滴状冷凝、抗结冰结霜等技术都具有重要意义。为了探究结构高度在碰撞过程中的作用,本文通过分子动力学模拟对纳米液滴与壁面的碰撞过程进行了研究。构建了具有方柱状结构的粗糙表面模型,研究了壁面上纳米柱状结构的高度对碰撞过程的影响,记录了液滴的变形过程,并对相关的动力学特征以及能量变化进行了分析。     

机翼热气防冰及冰脊形成数值模拟

应用N-S方程求解空气外流场和防冰腔内流场，用Euler法获得过冷水滴撞击特性，将内外流场进行耦合传热稳定后，开始结冰，来实现机翼热气防冰及冰脊形成的数值模拟.计算结果表明，热气防冰开启时，加热区蒙皮最低温度为286 K保证加热区没有结冰，但在加热区后的上下表面由于蒙皮温度降低至273.15 K以下，防冰区的溢流水到此处形成冰脊，这个计算结果表明了热气防冰数值模拟的可行性与合理性.但在将前缘积冰除去的情况下，防冰区外形成冰脊对气动特性影响很大，对带冰脊的机翼绕流流场进行数值模拟，对计算结果进行分析，得出环境温度越低、形成冰脊的位置越靠近防冰区，冰脊的高度越高；结冰时间越长，冰脊后的非定常特性越明显，流动细节的捕捉越困难，对气动特性的影响越大.