低温环境下水平铜表面液滴冻结的实验研究

本文实验研究了低温受迫对流条件下空气参数对水平冷表面上液滴冻结的影响。冷表面温度分别为-15.5℃和-19.5℃,空气温度变化范围为-6～8.5℃,相对湿度变化范围为50%～80%,空气流速变化范围为1.0～9.0 m/s。结果表明,冷表面上液滴冻结的时间随冷面温度的升高而增加,随空气相对湿度的升高而减小。另外,空气温度和流速对冷表面液滴冻结也有较大的影响,随着空气温度和流速的增加,液滴冻结时间先减小后增大。     

快速减压条件下液滴热动力学行为的实验研究

实验研究了快速降压过程中悬挂单水滴闪蒸/冻结过程,得到了典型条件下液滴闪蒸/冻结过程的热动力学特征,并基于实验观测结果,探讨了不凝气体对液滴闪蒸/冻结热动力学过程的影响。实验发现,起始冻结时的液滴过冷度近似为常数,而再辉温度对应于终态蒸汽分压所确定的气固相变平衡温度。这些结果有助于正确预言高真空环境中的液滴闪蒸/冻结特征。     

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。     

低压闪蒸液滴形态和温度变化的研究

将液滴在常压下突然置于低压环境中,液滴由最初的平衡状态变成过热状态,发生闪蒸.本文实验研究了低压闪蒸液滴内部形态和温度的变化,系统描述了液滴闪蒸过程中的各种形态变化,总结了稳态闪蒸和稳态结冰过程中环境压力和初始温度对温度变化的影响.实验结果表明液滴闪蒸分六种形态.稳态闪蒸中环境压力越低,液滴的最终温度也越低;液滴的初始温度越高,降到最低温度的时间越长.稳态结冰过程中,液滴初始温度增加,液滴结冰温度和结冰回升最高温度也随之增加;液滴的结冰温度和回升最高温度随环境压力的增高而减小.     

冷壁上单个静止过冷液滴冻结过程的数值模拟

以飞机飞行过程中过冷液滴撞击飞机表面所发生的结冰现象为背景,数值研究冷壁上单个静止过冷液滴的冻结过程。考虑重力作用下液滴的变形,并将过冷液滴冻结过程中成核再辉阶段的影响转化为物性参数的变化和模拟的初始条件,基于Fluent凝固/融化模型,模拟单个静止过冷液滴的冻结过程,模拟所得液滴冻结过程与文献中的实验结果吻合良好,最终冻结时间偏差为12.5%。进一步研究过冷度、壁面接触角、来流速度对过冷液滴冻结过程的影响,结果表明:过冷度越大,壁面接触角越小,来流速度越大,过冷液滴冻结越快,最终冻结时间越短,为研究飞机结冰机理提供参考。     

液滴撞击冷铝表面的冻结沉积特性

对单液滴撞击冷表面的动态特性进行试验研究,通过快速可视化观测,分析了直径2.6 mm液滴撞击冷铝表面的冻结行为.结果表明,液滴撞击冷表面动态行为可分为铺展、回缩以及冻结沉积阶段.冻结阶段包括铺展过程冻结以及回缩过程冻结.液滴撞击冷壁面前期(0～3.5 ms),We起主导作用,壁面温度对液滴铺展行为几乎无影响。但壁面温度对液滴回缩及冻结过程影响较大.相同We下,壁面温度T-20℃,液滴最大铺展因子基本相同,达到冻结的平衡态铺展因子均小于最大铺展因子,且随壁面温度降低而逐渐增加,为回缩过程冻结.壁面温度T≤-20℃时,液滴最大铺展因子与平衡态铺展因子相同,为铺展过程冻结。本文试验条件下壁面温度-20℃可作为区分液滴撞击冷壁面铺展与回缩冻结的临界温度.     

氩等离子体射流冲击平板壁面处电子温度的测量

本文对空气环境中氩等离子体射流冲击平板条件下冷壁附近的电子温度，采用静电探针方法进行了测量．研究了等离子体温度、速度以及平板至发生器出口距离等参数的影响．实验结果表明，在冷壁面附近，电子温度总是明显高于相应的重粒子温度，从而证明在等离子体射流冲击平板条件下冷壁附近的边界层显著偏离局域热力学平衡（ＬＴＥ）状态．实验结果还表明，探针污染是影响测量结果可靠性的一个重要因素．     

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     

钛表面液滴冻结的实验研究

基于可视化实验系统,研究了钛表面静止液滴的冻结行为,分析了底板倾斜角度对液滴的相变时间和接触直径的影响,以及液滴体积大小对相变时间的影响.结果 表明:底板倾斜角度对液滴相变时间的影响并不是单调的,随着底板倾斜角度增加相变时间呈现先减小再增加最后又减小的趋势,底板倾斜角度为0°以及35°时,相变时间最长;液滴的接触直径随...     

低电压对纯水/盐溶液过冷液滴冻结的影响

本文通过实验研究了低电压下纯水/盐溶液过冷液滴的冻结现象,测量了在1 V电压下液滴在金表面的冻结温度。实验结果表明外加低电压对纯水液滴冻结的影响较小,而对0.1 mol·L^-1的KCl溶液液滴的冻结影响较明显。当金表面电势高时,盐溶液滴平均冻结温度上升,反之平均冻结温度下降。基于双电层假设,认为在低电压下纯水中双电层内电场强度低,对形核率的影响相对较小。盐溶液中的离子与电极表面形成的双电层内电场强度比纯水更高,对形核有更明显的影响;当外加电压削弱了双电层内的电场强度时,形核率下降,反之形核率上升。     

亲水表面金纳米流体液滴光热蒸发特性研究

金纳米颗粒在可见光区具有高消光效率引起科研人员关注。金纳米流体被用作太阳能体吸收工质。通过太阳能加热亲水表面金纳米流体液滴蒸发实验,详细研究了液滴蒸发过程特性。液滴蒸发过程中液滴几何参数和表面温度被仪器实时记录。液滴蒸发主要为常接触面积模式,接触角逐渐减小。液滴体积随时间线性变化,与传统理论蒸汽扩散模型结果不同。本文研究能帮助指导太阳能光热利用以及液滴蒸发在工业中的应用。     

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.     

冷面上过冷水珠冻结的实验研究

对冷面上水珠的冻结过程及其影响因素进行了实验研究。实验结果表明:水珠温度被降到℃以下时,水珠并未马上冻结,而是呈过冷态并持续一段时间,在某一时刻开始冻结时过冷水珠温度回升,整个水珠完全冻结后,冰珠温度又开始下降至与环境平衡的温度。冷面温度是影响水珠冻结的主要因素,表面接触角、粗糙度以及水珠体积等对水珠冻结也有影响。     

1985nm激光加热下水滴蒸发实验研究

设计了激光加热液滴蒸发的实验装置,使用石英丝对液滴进行悬挂,采用1985 nm波长激光器对液滴进行加热,利用显微摄像头和红外热像仪对蒸发过程进行监测,通过分析软件得到液滴直径、表面温度分布等相关参数。实验结果表明,激光加热下液滴蒸发过程包括预热段和主蒸发段,预热段液滴尺寸变化不明显,主蒸发曲线同d~2定律相差较大。整个蒸发过程中液滴温度呈现明显的不均匀性,并从液滴预热段温度变化上发现明显的液滴内部流动现象。此外,随着功率增大,蒸发速率也随之增大,液滴蒸发时间缩短,液滴的最高温度升高。     

微尺度下锥形微操作探针表面液滴形成的研究（英）

基于液滴的转移方法可实现微操作任务中微对象的拾取,锥形操作探针则常作为一种毛细力微操作执行工具。主要研究在空气冷凝模式下锥形探针端面的液滴形成。建立了微液滴形成的数学模型,主要包括初始液滴的形成、液滴的合并和液滴的移动,研究了影响操作液滴的关键参数,分析表明:过冷度决定最小液滴半径。对单液滴的生长机制进行理论分析,并通过数值求解的方法模拟了锥形操作探针端面的液滴形成。搭建实验测试平台,实验研究了微尺度下锥形微操作探针端面的液滴形成。实验结果表明:在空气冷凝模式下,操作探针端面能够形成微液滴。经过初始液滴的形成,液滴的合并和移动等过程最终可形成稳定的微液滴,且不同锥顶角下液滴的形成呈现多样化。     

单液滴高温静止空气环境着火模型

航空煤油等液体燃料在高温环境中会发生单液滴着火(带着独立火焰蒸发)现象,本文首先实验测量了煤油、RP3航空煤油和柴油单液滴在855 K到1085 K的温度范围内静止空气环境下,液滴最低着火温度和初始直径的数据。结果显示:在实验温度范围内,煤油、RP3航空煤油和柴油单液滴着火的最小初始直径随环境温度的升高而减小,随环境温度的降低而增大。原因在于同样温度环境下大液滴能够提供足够浓度的混气发生着火现象。在相同环境温度下,煤油单液滴能够着火的最小初始直径最大,其次是柴油液滴,而航空煤油液滴能够着火的最小初始直径最小。本文在Frank-Kamenetskii分析基础上,进一步推导了高温静止空气环境下单液滴着火预测模型,所得模型预测结果与实验数据相符。     

壁面静止水滴冻结过程形状变化

低温表面上的液滴冻结时会形成具有尖顶的形状。针对这一现象开展了理论与实验研究,建立了新的动态曲形相界面模型用来模拟水滴冻结过程中的形状变化。模型考虑重力和成核再辉效应的影响,将冻结过程中的冰水相界面近似为球冠形曲面,并在三相点处引入动态生长角和直角关系。对壁面上20μL静止水滴进行了冻结实验,记录水滴三相点高度的演化过程,以此拟合得到了其随时间变化的关联式,基于该关联式求解理论模型,得到了水滴最终冻结形状。模拟结果与实验结果在水滴初始轮廓、成核再辉轮廓和最终冻结轮廓以及冻结时间上均吻合良好。曲面模型的计算结果表明,固液相界面上不同位置处的冻结速率不同;随着相界面向上推移,冻结速率逐渐减小。     

微尺度下锥形微操作探针表面液滴形成的研究（英文）

基于液滴的转移方法可实现微操作任务中微对象的拾取,锥形操作探针则常作为一种毛细力微操作执行工具。主要研究在空气冷凝模式下锥形探针端面的液滴形成。建立了微液滴形成的数学模型,主要包括初始液滴的形成、液滴的合并和液滴的移动,研究了影响操作液滴的关键参数,分析表明:过冷度决定最小液滴半径。对单液滴的生长机制进行理论分析,并通过数值求解的方法模拟了锥形操作探针端面的液滴形成。搭建实验测试平台,实验研究了微尺度下锥形微操作探针端面的液滴形成。实验结果表明:在空气冷凝模式下,操作探针端面能够形成微液滴。经过初始液滴的形成,液滴的合并和移动等过程最终可形成稳定的微液滴,且不同锥顶角下液滴的形成呈现多样化。     

低压蒸汽滴状冷凝表面温度分布实验研究

本文利用自组装技术制备了铜基十八烷基硫醇疏水表面(SAM),通过红外热像仪分析了低压条件下液滴表面和换热表面的温度分布以及液滴脱落引起的温度分布演变。实验结果表明:低压蒸汽冷凝条件下,冷凝表面局部温度分布不均匀;单个液滴表面温度呈中心高边缘低的凸型分布;随着液滴半径的增加,液滴表面温度升高;相同操作压力下,随着过冷度的增加,液滴表面温度降低。在液滴脱落过程中,液滴表面温度逐渐升高,同时裸露出的换热表面局部过冷度增大,局部表面温度呈现出中心低周围高的凹型温度分布,随之恢复到液滴脱落前的温度。随着蒸汽压力降低,冷凝临界过冷度增加,导致裸露表面上具有更低温度的中心区域核化点密度高,最终加剧了整个换热表面液滴尺寸分布的非均匀程度。     

过热液滴闪蒸过程数学模型的建立与应用

本文以闪蒸蒸发机理的特殊性为出发点,基于过热液滴闪蒸所需热量由其内部过热能量提供这一理论基础,建立了全新的过热水滴闪蒸的现象学模型,使用MATLAB/Simulink进行求解,通过实验验证其有效性。经计算得出了闪蒸过程中液滴温度、直径、质量、蒸发速率和蒸发率的变化规律,并利用控制变量法,研究初始温度、闪蒸压力和液滴粒径对液滴温度变化、蒸发速率、蒸发率和闪蒸时间的影响,得出了具有代表性的结论。