疏水表面结霜融霜过程中液滴行为研究

研究了自然对流条件下具有微纳结构铝基疏水表面上结霜、融霜过程中液滴的动态行为,分析了表面方位及接触角对冻结前冷凝和融霜后排液的影响。结果表明:水平疏水表面上冷凝液滴的直径和基底直径随时间而增加,液滴的接触角随时间的变化有一定波动,但呈减小趋势;放置一液滴在疏水表面上冷凝时,周围形成的小液滴以该液滴为中心,离它越远,小液滴尺寸越大;融霜后疏水表面上呈现规则的球缺状液滴,而裸铝表面上是不规则的液滴。     

超疏水翅片表面的抑霜机理和融霜特性

制备了具有微纳复合结构,表面接触角和滚动角分别为159.7°和4.2°的超疏水翅片。通过可视化观测,揭示了超疏水翅片表面的抑霜机理和融霜特性,并与亲水翅片进行了对比。结霜初期,超疏水翅片表面的凝结液滴分布稀疏,呈Cassie状态;亲水翅片表面的凝结液滴分布密集,呈铺展状态,几乎覆盖整个翅片表面。超疏水翅片表面与霜层间实际接触面积小,换热热阻大,使其被霜层覆盖后仍可有效抑制霜层生长。融霜时,超疏水表面的弱黏附性导致霜层整体从翅片表面剥离和脱落,缩短了融霜时间,减少了滞留水量。     

冷面结霜微细观特性的实验研究

本文在不同工况下,对竖直和水平放置的裸铝面及疏水面结霜微细观过程进行了实验研究.对冷面上过冷水珠的存续时间、冻结粒径及其影响因素进行了讨论,并将裸铝面和疏水面结霜特性进行了对比,探讨了表面湿润性(如接触角等)及冷面方位(水平和竖直)等对结霜过程的影响.     

不同壁面结构与传热情形下低温壁面结霜特性

壁面结霜致使低温换热设备传热性能下降,甚而产生设备安全和生产安全问题。通过实验研究了涂覆疏水涂料壁面结构的结霜特性,不同倾斜角度壁面的水滴凝结与滑落特性,以及添置了太阳能吸热膜的表面传热特性。结果表明:涂有疏水材料的壁面较普通壁面初始结霜时间能延迟约10分钟;一定的壁面倾斜角度通过影响水滴的滚动角,促进凝结的水滴滑落,可阻碍霜层生长;当换热壁面利用太阳能吸热膜对低温壁面进行补热时,吸热量为5.27J/cm2,为普通壁面的1.44倍。这些改进措施可以减少冷壁面结霜量,有助于提升低温设备传热效果。     

不同壁面结构与传热情形下低温壁面结霜特性北大核心

壁面结霜致使低温换热设备传热性能下降,甚而产生设备安全和生产安全问题。通过实验研究了涂覆疏水涂料壁面结构的结霜特性,不同倾斜角度壁面的水滴凝结与滑落特性,以及添置了太阳能吸热膜的表面传热特性。结果表明:涂有疏水材料的壁面较普通壁面初始结霜时间能延迟约10分钟;一定的壁面倾斜角度通过影响水滴的滚动角,促进凝结的水滴滑落,可阻碍霜层生长;当换热壁面利用太阳能吸热膜对低温壁面进行补热时,吸热量为5.27J/cm2,为普通壁面的1.44倍。这些改进措施可以减少冷壁面结霜量,有助于提升低温设备传热效果。     

深冷壁面霜层生长的数值模型

文中对深冷壁面结霜过程进行了理论研究。综合考虑对流传热、相变潜热和辐射传热的影响,通过质量平衡、能量平衡,采用准稳态的方法建立了深冷表面的结霜过程数学模型及计算求解方法,研究了霜层生长规律、霜层物性和结霜过程传热量等随时间的变化规律。提供了一种能够进行深冷工况霜层生长规律和霜层物性预测的计算方法。     

结霜工况下R410A热泵空调器动态特性的数值模拟

将选用R410A工质的热泵室外换热器表面的结霜视为准稳态过程,建立了热泵系统的分布参数模型,用有限差分法对其在结霜工况下的动态特性进行了数值计算。换热器采用分相流模型,并考虑了室外换热器表面结霜引起风量下降及换热器管排布置的影响,毛细管模型中考虑了"闪点延迟"和"壅塞流"现象。计算结果表明,在霜开始形成阶段,室外换热器表面结霜有助于改善空气源热泵性能,而在结霜循环的后期,霜层厚度快速增长,热泵的制热量、性能系数等迅速下降。     

冷表面温度对动态结霜过程霜层特性影响的实验研究

本文利用直流风洞型冷表面结霜实验台,对冷表面温度变化条件下,动态结霜过程的霜层特性进行了实验研究。分析了结霜条件为:空气温度10.5℃、相对湿度80%、风速3m/s、冷表面温度-3.5～-19.7℃范围内,结霜过程的结霜速率、除霜频率、霜层高度、结霜量、霜层密度及霜层导热系数等霜层物性参数的变化规律。     

液体冷媒融霜系统回液时间的实验研究

对液体冷媒融霜系统的回液时间进行实验研究。在保温体温度-15℃工况下分别对回液时间7s、27s、25s、30s、40s、50s进行实验,记录并分析被融霜蒸发器融霜前和回液时间内压缩机吸气口的温度和压力变化,相机拍摄制冷压缩机吸气口和机身的结霜状况。实验表明:回液时间7s时,压缩机吸气过潮,回液时间在27s左右可以避免压缩机吸气过潮,确保系统安全正常的运行,大于27s被融霜蒸发器恢复制冷时间过长将影响库房温度的稳定并降低制冷系统的效率。     

翅片管换热器结霜时霜密度和厚度的变化

本文根据理想气体状态方程和Clapeyron-Clausius方程推导出了计算用于霜密度变化的结霜量变化率的公式。计算时同时考虑了结霜的密度和厚度随时间的变化,得到了不同工况下用于霜密度变化的结霜量变化率、用于霜厚度变化的结霜量变化率随时间的变化规律以及霜的密度和厚度随时间的变化,为采取有效的除霜控制方法提供了依据。     

不同温度冷表面结霜特性研究综述

结霜现象广泛存在于自然界和低温、制冷、航空航天等工程领域。近几十年来,国内外学者通过大量实验和数值模拟研究结霜机理,因为结霜条件不同导致其结论也不尽相同。对普冷、低温及深冷等不同冷表面工况下的霜层生长特性进行了研究,介绍了在不同工况下所观察的霜生长现象,总结了空气温度、湿度、速度及冷表面温度等因素在不同工况下对结霜的影响规律,综述了霜层内传热传质现象的研究现状,并指出在深冷工况下对霜生长的研究是未来研究的重点方向。     

基于改进格子Boltzmann焓法模型的霜层生长数值研究

采用介观尺度格子Boltzmann方法数值研究壁面的表面特性对霜层生长的影响.将成核概率模型和改进的焓法相变模型相耦合，建立基于成核概率理论的霜层生长过程格子Boltzmann模型.该模型能够在宏观尺度上模拟霜层生长的加密加厚过程，也可以从微观尺度上描述局部的冰枝生长导致的霜层结构的动态变化，应用该模型能够获得霜层平均厚度、平均密度、结霜量等内部非稳态物理量.开展冷壁面上霜层形成及生长过程的数值研究，获得霜层的拓扑结构时空演化特性，得到不同时刻下结霜量以及霜层的平均厚度、平均密度、平均固相体积分数，探讨冷壁面温度、相对湿度、冷表面浸润性能对结霜的影响.     

纳秒激光加工微孔阵列铝膜的润湿性的实验及模拟北大核心CSCD

润湿性与固体材料表面的微观几何结构和表面化学组成密切相关,是固体材料表面的一个重要特性体现。文章用实验和仿真的方式研究了双面超亲水和双面超疏水表面的润湿特性。首先采用纳秒激光钻孔技术在厚度为35μm的铝箔上加工微孔阵列,得到了双面超亲水铝膜表面;然后将铝膜在十七氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)浸泡20h,铝膜从双面超亲水表面改性为双面超疏水表面;研究了改性前后铝膜的液滴渗透情况。用COMSOL Multiphysics中的两相流分析模块研究了基于双面超亲水和双面超疏水状态下的微孔通道内的水渗透过程,仿真结果和实验结果基本一致,对实验起指导作用。     

纳秒激光加工微孔阵列铝膜的润湿性的实验及模拟

润湿性与固体材料表面的微观几何结构和表面化学组成密切相关,是固体材料表面的一个重要特性体现。文章用实验和仿真的方式研究了双面超亲水和双面超疏水表面的润湿特性。首先采用纳秒激光钻孔技术在厚度为35μm的铝箔上加工微孔阵列,得到了双面超亲水铝膜表面;然后将铝膜在十七氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)浸泡20h,铝膜从双面超亲水表面改性为双面超疏水表面;研究了改性前后铝膜的液滴渗透情况。用COMSOL Multiphysics中的两相流分析模块研究了基于双面超亲水和双面超疏水状态下的微孔通道内的水渗透过程,仿真结果和实验结果基本一致,对实验起指导作用。     

接触角滞后对组合表面液滴运动的影响

本文通过控制NaOH和(NH_4)_2S_2O_8溶液的刻蚀时间,制备了具有不同接触角滞后超疏水区的0.5 mm-0.5mm超疏水疏水组合表面,可视化研究了常压纯蒸汽下液滴脱落半径,冲刷周期,尺寸分布.电镜表征结果表明,刻蚀时间越长,所制备超疏水表面的微纳结构越细,导致液滴接触角滞后增加。在0.5 mm-0.5 mm超疏水-疏水组合表面冷凝过程中,存在两种排液行为:液滴横向抽吸和液滴跨区脱落。随着超疏水区接触角滞后的增加,对液滴的抽吸作用越强。液滴跨区脱落直径随着超疏水区接触角滞后的增加有减小趋势,表面冲刷周期随超疏水区接触角滞后的增加而减小;与完全疏水表面相比,组合表面疏水区域液滴尺寸较小,主要集中在50μm以内。     

环境参数对翅片管换热器表面结霜特性影响的实验研究

为了解决空气源热泵蒸发器在低温工况下的结霜问题,利用焓差法空调性能实验室搭建翅片管换热器结霜动态特性测试试验台,单独对翅片管换热器进行霜层生长特性影响研究,获得了翅片管换热器表面霜层厚度、结霜量及制冷剂制热能力等参数在不同迎面风速、空气温度及相对湿度情况下的变化规律。为延缓空气源热泵机组结霜、延长机组在低温工况下稳定运行时间提供了依据。     

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     

竖直表面液滴运动的数值模拟

为研究具有不同润湿特性的表面上液滴运动的规律,本文依据液滴接触角与基底方位角的关系以及运动液滴的动态接触角模型,运用Fluent软件,实现了对竖直表面上静止和运动液滴的数值模拟,得到了液滴的形貌以及内部的速度分布。模拟所得竖直表面上静止液滴和运动液滴的接触角和形貌均与实验结果吻合较好。液滴内部速度分布表明,裸铝表面(亲水)上液滴的运动方式为滑动;114°疏水表面上的液滴内部出现不完整的环流,但仍然以滑动运动为主;而145°疏水表面上液滴以滚动方式向下运动,液滴运动较快。     

不同倾角下的微环境结霜试验研究

通过改变微环境保温箱内放置的可旋转冷台的旋转角度(θ=0°、15°、30°、60°),使用恒温恒湿箱控制微环境温湿度,利用3D数字视频显微镜观察冷台上方的微型换热器表面,得到了在不同重力势场下可视化的液滴冷凝结霜过程、液滴数量分布情况。并通过实验数据间接分析了不同重力势场对微型换热器换热性能的影响。结果表明：随着倾角增大,霜层结构更疏松有序、生长更缓慢。倾角为60℃时,霜层更利于换热与除霜,换热器的换热效率更好。     

液体冷媒除霜系统的冷风机结霜性能研究

液体冷媒除霜具有在除霜期间制冷过程连续,库温波动小,无需附加能耗的优势。为了解决实验过程中结霜质量和结霜厚度难以测量的问题,并且为了探究系统的结霜规律,建立了在干工况、结露工况和结霜工况下从两相区到过热区的双联冷风机的热力学模型。结果表明:当环境温度为25℃,库温为-20℃时,结霜质量和结霜厚度随时间的增长逐渐变缓,管长在4.5m后的排管几乎不结霜。模拟结霜过程时,相对湿度从100%降低至40%时几乎不再结霜,结霜质量为0.11kg,与实验结果基本相同。