冷空气中水滴的冷却与冻结过程研究

本文通过实验和数值模拟手段研究冷空气中水滴的冷却和随后的冻结过程.微小水滴被黏附在热电偶感温点上并置于冷空气中,测量了水滴冷却和冻结过程中的温度变化.用显微镜观察了冻结过程的现象,建立了水滴冻结的相变动力学模型.在此基础上的数值模拟结果基本与实验相符.     

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     

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.     

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。     

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。     

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.     

表面能梯度驱动下纳米水滴在不同微结构表面上的运动

近年来, 微观尺度下水滴在能量梯度表面上的运动情况受到了广泛关注, 然而通过实验进行研究尚存在困难. 本文利用分子动力学方法研究了不同微结构表面上纳米水滴在表面能梯度驱动下的运动情况. 结果表明: 槽状和柱状微结构可以明显提升纳米水滴在微结构表面上的运动效率, 钉状微结构会降低纳米水滴的运动效率, 尽管它具有稳定的疏水性; 结合槽状和钉状结构的混合状微结构兼具二者的优点, 不但可以有效地提高纳米水滴在粗糙表面上的运动效率, 而且具有比较高的疏水稳定性. 此外, 表面能的微小改变会明显影响水滴的运动效率.     

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。     

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。     

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.     

梯度表面能材料上液滴运动特性实验

对水平和30°倾角放置梯度表面能材料表面上液滴运动特性进行了可视化实验,分析了液滴在梯度表面上运动速度的变化规律,以及液滴大小和表面倾角对运动速度变化的影响.实验结果表明:在梯度表面能材料上,液滴能获得较大的宏观运动速度,并可以沿30°倾角放置的梯度表面材料上自下而上的运动;大液滴较小液滴的峰值运动速度大,运动距离更远;液滴在运动过程中出现蠕动的现象.     

均质形核结冰随机性及形核率的研究

从Stanley和Teixeira提出的水的微观结构连续模型出发推导了过冷水均质形核结冰概率与过冷水体积、时间和温度的关系,计算了过冷水均质形核率.计算避免了经典形核理论和密度函数法中对指前因子的求解,计算结果与实验结果符合较好. 关键词： 过冷水结冰 均质形核 形核率     

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。     

多组份混合燃料滴着火规律的研究

1前言多组份燃料滴的着火研究有很重要的实际与理论意义。人们在实际中使用的传统液体燃料通常都是由多种分子结构、沸点等技术指标相差较大的组份混合而成的，另外，人们在实践中发现使用一些混合燃料如油一酒精，油一甲醇，重油一轻油以及油水乳化液等，可以改善蒸发过程，改善气相反应的化学特性。这就使得混合燃料具有改善内燃机工况及减少污染物排放的潜在优点。所以多组份燃料滴着火燃烧的研究更有意义。多种组份液滴的蒸发、着火比单组份液滴更为复杂，不同点主要集中在以下三个方面：（1）液滴内热量与组份的输运过程更为复杂；（2…     

液滴撞击等温固体平壁的数值模拟

建立了液滴撞击等温固体平壁的物理和数学模型,数值模拟了撞击后液滴的变形和反弹过程,将模拟结果与文献中的实验结果做了比较,两者吻合较好,表明所采用的模型可以模拟液滴在水平壁面上的运动形态.通过比较不同条件下铺展因素随时间的变化规律,分析了液滴碰撞速度、初始接触角对变形过程的影响.     

静止水滴生成气体水合物的动力学研究

作为喷雾强化方式制备气体水合物的初步研究,本文通过研究静止水滴形成气体水合物过程的传热传质机理,建立气体水合物的生成动力学模型。研究结果表明强化气相与水合物颗粒之间的接触传热对提高水合物的生成速率具有十分重要意义。     

兔主动脉冻结过程中未冻水份额的研究

利用差示扫描量热仪(DSC)技术中的分步扫描(Stepwise scanning)法,研究了不同浓度的低温保护剂对主动脉血管冻结过程中未冻水份额的影响。研究结果表明:分步扫描量热技术可以用于血管材料冻结过程中未冻水份额的定量研究,而且具有较高楠度;随着低温保护剂二甲亚砜(DMSO)浓度的增大,血管的初始冻结点温度呈线性降低,但其冻结过程的未冻水份额显著增大,这是由于高浓度DMSO具有很强水合能力所致。     

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。