水滴结冰结霜及合成双射流的防霜防冰实验

对水滴结冰结霜过程及合成双射流作用时水滴结冰结霜过程分别进行了实验研究.实验中将半导体制冷片作为实验板将温度从室温降低到-30℃,采用电子显微镜观测无合成双射流和开启合成双射流作用的水滴凝固结冰结霜过程.结果显示:水滴从下部向上逐渐凝固,并且水滴表面凝固速度大于内部凝固速度.由于水凝固为冰,密度减小、体积增大,使得水滴形态改变,顶端突出,变成锥形.由于合成双射流强迫产生对流换热,凝固水滴不会像无激励器作用时在表面生成针叶状的霜,而是在水滴表面均匀形成一层白色的颗粒状霜.随着时间推移,霜的厚度并没有增加,并且水滴的高度降低,凝固水滴的锥形尖端逐渐变得平坦,水滴与冷板平面的接触面积增加.      

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。     

过冷水滴凝固特性的计算与实验研究

针对飞机结冰的特殊凝固过程,基于Enthalpy-porosity模型,发展了改进的结冰特性预测模型及数值计算方法,并基于凝固实验开展了所建模型及预测方法的验证。研究表明,相对于传统Enthalpy-porosity方法,所发展的方法可有效表征非平衡凝固过程,因而对冷水滴凝固特性的表征具有较好的改进。基于所建方法,开展了水滴凝固特性的影响因素分析,获得了不同过冷条件下水滴凝固过程的温度分布及相界面变化特征。相关研究可为结冰热力学模型的改进,以及结冰特性的精细化预测提供重要参考。     

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%.      

深空环境下液滴辐射相变过程分析模拟

太空中固体粒子比液体粒子对航天器危害性大,计算液滴相变时间和温度变化对评估粒子危害性有重要意义.本文建立了太空环境下液滴辐射相变模型,分析了三种相变凝固模型,估计了水滴蒸发量,考虑了太阳辐射对液滴温度变化的影响,分别计算了水和氧化铝液滴的温度变化.结果表明:液滴粒径越小液滴冷却速率越大,三种相变凝固模型的相变时间差别较小;水滴蒸发比例均大于10%,其蒸发量不可忽略;水滴受太阳周期性辐射时,其温度在50 K至266 K之间周期性振荡变化.     

LNP-8型液氮设备

介绍了我公司研制成功的一套LNP-8型液氮设备。该液氮设备由变压吸附设备提供纯氮气,3LY-0.8/194型回热式制冷机提供冷量将氮气液化,输液软管将液氮输送到YDZ-300液氮容器内保存,在液氮设备工作的同时,YDZ-300液氮容器内的液氮也可以同时对外提供。该液氮设备在环境温度6℃的情况下,液氮产量9.5L/h,在环境温度35℃的情况下,液氮产量8.5L/h。     

冷表面上水滴冻结过程的研究

本文对冷表面上的水滴冻结过程进行了研究.用显微成像系统对该过程进行了现象观察,采用热电偶对水滴中心温度进行了测量.实验发现,水滴温度随冷表面温度下降而下降,稍低于0℃时没有显著相变.水滴温度继续降低到约-5℃时发生明显相变,同时,水滴中心温度迅速回升并维持在稍低于三相点温度,冻结锋面到达热电偶所在的水滴中心位置后又逐渐下降,直到非常接近冷表面温度.建立了该过程的数学模型并进行了数值模拟,结果与实验基本符合.     

液氮中单管加注二氧化碳气体的实验研究

向饱和液氮中加注常温二氧化碳气体时,为形成细小而分散的固体二氧化碳颗粒以及充分且均匀的固液混合物,通过实验分别采用不锈钢盘管、大管径塑料管以及金属毛细管往液氮中加注一定流量下的常温二氧化碳气体,研究固液混合过程、凝固颗粒大小以及管路的堵塞状况。结果表明,不管是否经过预冷,大直径管道加注时,经过一段时间后管道必定发生堵塞;而毛细管加注则不会堵塞,但是气体流量会发生脉冲性变化。     

气泡在自由液面破碎后的射流断裂现象研究

在势流假设下, 考虑表面张力以及黏性修正, 建立自由液面在气泡破碎后全非线性运动的数值模型, 给出射流断裂和水滴撕裂的数值处理方法. 同时进行上浮气泡在自由液面破裂的实验研究, 数值解与实验值符合良好.为了研究自由液面在气泡破碎后的运动学机理和规律, 运用开发的程序研究了不同尺寸气泡破碎后的动态特性, 包括从气泡底部顶起的射流、射流断裂以及水滴分裂等复杂的物理现象, 总结了从射流上撕裂出的第一个水滴尺寸、撕裂时间以及最大射流速度的变化规律. 最后讨论了雷诺数与韦伯数对气泡破碎后自由液面运动的影响. 关键词： 气泡 自由液面 破碎 断裂     

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.     

水滴在2种不同温度表面的汽化过程

对水滴滴在低温物体表面会迅速汽化,而滴在高温物体表面时,水滴不会马上汽化,而是呈球状滚动后汽化.     

Mn-Cu系高阻尼合金的凝固组织控制及阻尼特性的改善

Mn—Cu系阻尼合金兼有较高的阻尼特性和良好的力学性质，因而具有较大的实用前景。这类合金通常经过铸造，塑性加工和热处理来获得要求的性能和组织。加工后的Mn—Cu合金存在一个特定温度，在此温度以上合金的阻尼性能将会消失，因而影响了合金的在较高温度下的使用。该温度和合金的Mn含量有关，然而提高合金的Mn含量有会降低合金的加工性及力学性能。一般Mn-Cu合金的热处理都是利用400℃附近的时效来获得相分解后的局部高Mn组织。但是目前的时效处理后的Mn—Cu阻尼合金的最高使用温度只在80℃以下。为解决Mn—Cu阻尼合金使用温度的局限性，本研究选用凝固过程控制的方法在铸造组织中来获得较大幅度的Mn含量分布。从而在Mn-Cu合金得到较高的高阻尼特性温度。本工作利用铸型温度控制的方法，将M2052（Mn-20Cu-5Ni-2Fe）合金在250～0．1K／s冷却速度范围内控制凝固。随凝固冷却速度的降低在合金的铸态组织中观察到二次枝晶间距和晶粒尺寸的明显增大。同时还发现缓冷凝固的合金的成分比快冷凝固有较大的分布幅度。铸态下的合金阻尼性能评价也证实了凝固冷却速度对合金的凝固组织有很大的影响。尽管铸态组织的合金的高温阻尼性能并没有很大的改善，然而通过对铸态组织实施时效处理后发现缓冷凝固合金的高温阻尼性能有很大的改善。凝固冷却速度对时效处理后合金的阻尼性能有明显的影响。实验结果表明0．1K／s的冷却速度下缓慢凝固的合金在时效处理后高阻尼特性可持续高达120℃．     

热学一题（五）

热学一题（五）试求大气中半径为Ｒ的静止水滴单位时间的蒸发量、水滴半径的时间变化率和水滴全部蒸发所需时间。热学－题解解这是大气物理的问题，１８７７年麦克斯韦（Ｍａｘｗｅｌｌ）讨论过这类问题。设半径为Ｒ的球形水滴其表面水汽密度为ρ＿ｋ，离水滴相当距离的周...     

壁面温度对疏水表面上水滴冻结的影响

本文研究了冷壁面温度对疏水表面(θ=108.8°)上单个水滴冻结过程的影响,比较了水滴的冻结时间及冻结前后的形态变化。结果表明,水滴冻结所需要的时间随冷表面温度的降低而减小,冷表面温度越低,水滴冻结后其顶端越容易出现树枝状霜晶生长。最后,根据能量守恒原理建立了冷表面上水滴冻结的数学模型,给出了相应的表达式,进而分析了壁面温度对水滴冻结时长的影响,计算结果与实验结果一致。     

75米三相交流高温超导电缆冷却系统

在继2003年完成10米三相高温超导电缆之后，我们于2004年年底成功完成了75米高温超导电缆的组装、调试和通电试运行．这两套电缆装置的低温冷却系统都是采用单相密闭液氮流程循环冷却高温超导电缆本体及终端，都是采用液氮减压制冷方式获取制冷量，借助过冷器内液氮作为冷媒把冷量传递给液氮循环系统．本文在简要介绍10米长高温超导电缆低温冷却系统基础上，重点介绍75米高温超导电缆冷却系统的试运行和在通电情况下的实验结果，并对实验数据进行热平衡分析和制冷量与液氮消耗量的分析，从而得到高温超导电缆冷却系统运行的经济性参数．     

低温光滑壁面上水滴撞击结冰行为

采用高速摄像技术测试低温光滑壁面上水滴撞击结冰过程, 分析了撞击速度、壁面温度和材料热导率对水滴撞击铺展、振荡及结冰行为的影响规律. 结果表明, 低温壁面造成水滴最大铺展直径缩小, 且结冰时间随温度降低而缩短; 当撞击We数提高时, 水滴最大铺展直径增大, 而振荡和结冰时间减小; 同时材料热导率越高, 最大铺展直径越小, 结冰越迅速. 另外, 从热力学角度推导出水滴撞击结冰时间的理论公式, 预测误差<5.3%.     

液氮喷淋流态化速冻系统及冷冻性能研究

液氮喷淋流态化速冻新系统是以液氮为冷源,结合液氮喷淋预冻和流态化速冻两种冻结方法于一体的食品速冻装置。本文建立了基于新系统的食品冷冻过程的焓法数学模型,计算了黄瓜片在不同冻结条件下的降温过程和冷冻时间,同时对冻品质量进行了分析。     

强磁场对Al-Si合金凝固组织中硅分布的影响

为了揭示强磁场对金属凝固组织的影响规律，本文研究了Al-14.98%Si(质量分数)和Al-9.2%Si(质量分数)合金在强磁场作用下凝固组织的变化趋势，分析了强磁场对合金凝固组织中Si分布的影响.研究发现，均恒磁场和梯度磁场分别通过洛伦兹力和磁化力的作用对合金的凝固组织产生影响，强磁场可以显著改变初晶硅在合金中的分布状况.在均恒磁场作用条件下初晶硅在合金中均匀分布；在梯度磁场条件下，由于磁化力和浮力的共同作用，初晶硅在试样的上部或下部聚集.同时，磁化力也改变了共晶体在合金中的组织形态，使试样上部和下部共晶体的层片间距明显不同.理论和实验分析表明，Al-Si合金在强磁场中凝固时，磁场能作用于凝固过程，使共晶体中的Al含量增大，共晶点向左偏移. 关键词： 强磁场 凝固过程 共晶组织 Al-Si合金     

用喷洒法抑制癌细胞扩散

物理学家们发现用多个水喷枪来冲击固体表面时，凡未被水滴喷洒到的表面可以保持其完好的特性，这个现象可用一个简单的流体动力学方程来描述．现在美国哈佛-MIT生物医学成像研究中心的T．Deisboeck博士与他在意大利Turin大学的同事们采用这个方程来研究对肿瘤生长的影响，他们对肿瘤在喷洒水滴与不喷洒水滴两种条件下的生长情况进行对比研究．结果显示，当肿瘤在不喷洒水滴时会产生出致命的触须扩散到其周围的健康组织内，相反当肿瘤在经过喷洒后就能抑制住触须的扩散．为此Deisboeck博士的研究组定义了一个新的“入侵参数”来定量地描述这个过程．他们对流体动力学方程进行了修正．模拟计算表明，入侵参数是三个变量的函数，第一是肿瘤块受到其周围健康组织压力的大小，第二是肿瘤块半径的大小，第三是肿瘤块的表面张力．当压力较大并半径较长时，肿瘤触须的扩散效应就比较大；而当表面张力较大时，就可抑制住肿瘤触须的扩散．     

用水滴流调制法测定音叉的固有频率

用水滴流调制法测定音叉的固有频率刘贵兴，童培雄（上海复旦大学２００４３３）本文介绍测定音叉固有频率的一种新颖的实验方法──水滴流调制法．这个实验可以开阔学生的视野，而不局限于传统的实验方法．所谓水滴流调制，这是借用无线电技术的名词．通常从喷嘴射出来的...