水平表面结霜过程的实验研究

对水平表面在低温高湿条件下结霜过程进行实验研究, 分析了冷面温度、湿空气温度和表面特性等因素对水珠冻结和霜层生长的影响。结果表明:冷面温度越低, 过冷水珠冻结时间越短、冻结直径越小;在湿空气温度与冷面温度温差相等的条件下, 湿空气温度越低, 过冷水珠冻结时间越短、冻结直径越小;疏水表面上过冷水珠的冻结时间比裸铝表面晚。冷面温度越低, 湿空气流速越快, 则霜层生长越快。     

室外换热器迎面风速对空气源热泵结霜特性的影响

对不同迎面风速条件下空气源热泵系统室外换热器表面霜层生长特性进行了实验研究,测量了翅片表面动态霜层厚度、换热器结霜量,显微观察了霜晶生长过程。实验结果表明,迎面风速的降低使得空气源热泵机组室外换热器表面霜层厚度加速增长,结霜周期随迎面风速的下降呈近乎线性地减小,而且相对湿度越低,结霜周期下降的速度越快;因此,减小室外换热器迎面风速将恶化空气源热泵机组结霜/除霜周期中的平均性能。对霜晶形态的显微观察发现,低迎面风速工况下霜层厚度增长速度加快的原因是由于空气源热泵蒸发器壁面温度降低造成的霜晶形态的改变,翅片表面柱状冰晶始终在高度方向快速生长,这种现象与低环境温度工况下翅片表面霜晶生长形态类似。换热器总结霜量随迎面风速的减小而下降,造成霜层平均密度降低。     

波纹表面结霜的实验研究

结霜工况下,换热器翅片表面结霜会增大换热热阻,堵塞空气流道。在低温高湿条件下对波纹表面的结霜过程进行了实验研究,分析了冷面温度、湿空气流速及波纹结构等因素对波纹表面冷凝水珠冻结和霜层生长的影响。结果表明：冷面温度越低,冻结的冷凝水珠越小,冻结时间也越短;冷面温度越低或湿空气流速越快,霜层生长越快;在相同的实验条件下,波纹表面上霜层的高度比平直表面的低。     

波纹表面结霜的实验研究

结霜工况下,换热器翅片表面结霜会增大换热热阻,堵塞空气流道。在低温高湿条件下对波纹表面的结霜过程进行了实验研究,分析了冷面温度、湿空气流速及波纹结构等因素对波纹表面冷凝水珠冻结和霜层生长的影响。结果表明:冷面温度越低,冻结的冷凝水珠越小,冻结时间也越短;冷面温度越低或湿空气流速越快,霜层生长越快;在相同的实验条件下,波纹表面上霜层的高度比平直表面的低。     

基于流固热耦合的平直翅片管换热器结霜过程数值模拟

平直翅片管换热器结霜是湿空气、霜层和换热器结构多物理场交互作用的结果。基于流固热耦合计算方法，考虑结霜过程中霜层密度和导热系数的变化，定义更真实求解域边界，对三维平直翅片管换热器的结霜过程进行数值模拟研究。模拟计算得到的结霜量与实验值之间的平均误差为4.67%，较以往数值模拟方法得到的结果精度有所提升。计算对比了湿空气进口流速分别为1.0, 2.0, 3.0, 3.7 m/s，相对湿度分别为60%, 70%, 80%时霜层的生长情况。结果表明，霜层厚度沿气流方向不断降低，随着来流速度和相对湿度增加，生长速率增大。对空气侧换热系数的研究表明，在结霜初期，空气相对湿度越大，换热系数越大；在结霜后期，空气相对湿度越大，换热系数越小。     

疏水表面结霜初期液滴生长的理论分析

研究了自然对流条件下疏水表面结霜初期冷凝液滴的生长过程, 建立了考虑不凝气影响的液滴传热及生长模型, 分析了表面接触角和冷面温度对液滴生长的影响。结果表明, 液滴生长过程中的主要热阻为液滴内部导热热阻和相界面热阻, 随着表面接触角的增大, 这两个主要热阻均增大, 因此表面疏水性越好, 液滴生长越缓慢;而由于冷凝传热温差随冷面温度降低而增大, 因此冷面温度越低, 液滴生长越快。     

旋流流化床中氯化钠蒸发结晶特性研究

以新型旋流流化床为结晶装置,考察了蒸发温度、蒸发时间、晶种量、晶种粒径、母液循环流量对氯化钠蒸发结晶速率、平均粒径和粒径分布的影响。结果表明,随着蒸发温度、蒸发时间、母液循环流量增大,氯化钠结晶速率增加,产品平均粒径增大;晶种量增加,结晶速率降低,产品平均粒径减小;晶种粒径对结晶速率影响呈微降趋势。在蒸发温度为60℃,晶种质量分数为1%,时间为2 h,母液循环流量为39.72 L/h的条件下,晶种粒径为525μm时,产品平均粒径为752μm。     

表面特性对结霜和融霜排液的影响

对亲水表面、裸铝表面和疏水表面上结霜和融霜排液过程进行实验研究,分析了表面特性对冷凝水珠冻结、霜层生长和融霜排液的影响。结果表明：疏水表面上冷凝水珠呈规则球缺状、冻结较晚,而亲水表面和裸铝表面上冷凝水珠形状不规则;相比于亲水表面和裸铝表面上平整霜层,疏水表面上霜层不平整,有凹穴和凸起;疏水表面上霜层平均厚度增长较亲水表面和裸铝表面缓慢;在湿空气温度和冷面温度较低的情况下,表面特性对霜层生长的影响减弱;亲水表面具有较好的排液效果,其循环再结霜量最小。     

表面特性对结霜和融霜排液的影响

对亲水表面、裸铝表面和疏水表面上结霜和融霜排液过程进行实验研究,分析了表面特性对冷凝水珠冻结、霜层生长和融霜排液的影响。结果表明:疏水表面上冷凝水珠呈规则球缺状、冻结较晚,而亲水表面和裸铝表面上冷凝水珠形状不规则;相比于亲水表面和裸铝表面上平整霜层,疏水表面上霜层不平整,有凹穴和凸起;疏水表面上霜层平均厚度增长较亲水表面和裸铝表面缓慢;在湿空气温度和冷面温度较低的情况下,表面特性对霜层生长的影响减弱;亲水表面具有较好的排液效果,其循环再结霜量最小。     

冷表面结霜生长的数值模型

探讨了冷表面结霜的过程，并综合考虑了冷表面温度、空气湿度、空气温度等因素的影响。通过质量守恒、能量守恒，采用准稳态的方法建立了冷表面的结霜过程数学模型及计算求解方法，研究了在冷表面温度、空气湿度、空气温度一定的情况下，霜层厚度、霜层热阻、霜层密度的变化曲线。提供了一种能够进行霜层生长规律和霜层物性预测的计算方法。     

Experimental study of frosting on different wettability surfaces under magnetic field

The frosting laws of three kinds of wettable surfaces under different magnetic field strengths were studied under cold surface temperature T_w=-10℃ and -30℃, environmental relative humidity RH=60% and 80%. Through visual observation method,image binarization is processed and calculated,the effect of frost morphology,water droplets diameter,water droplets crystallization time,water droplets coverage,frost crystal coverage,frost layer thickness and frost density under the different magnetic field intensity and surface contact angle are well explained. The results showed that adding magnetic field in combination with hydrophobic surface,the diameter of water droplets decreases by about 40%, and the crystallization time is prolonged by more than 500 s,the distribution of condensate droplets is more sparse. Frost thickness and frost density decrease as the increase of magnetic field strength and surface contact angle,providing possibility of restrain the frosting effectively. As the temperature of the cold surface decreases and the relative humidity increases, the influence of the surface properties and the external magnetic field on the frosting process decreases.     

超声波瞬间雾化结霜初始阶段液滴的可视化

介绍了一种超声波抑霜新方法。对频率20 kHz,功率50 W的超声波作用下铝表面液滴的动态行为进行了可视化观测。记录了超声开启瞬间液滴变形-铺展-雾化的全过程。试验结果发现,超声作用时,铝表面上的液滴首先产生剧烈扰动,继而变形、铺展。当液膜厚度减小到一临界值时,液滴瞬间雾化。超声机械作用产生的界面剪切力以及空化作用产生的高压冲击分别可能是诱发液滴变形和雾化的主要因素。结果初步表明,高频超声振动能够瞬间除去铝平板表面作为结霜初始阶段的液滴,为冷表面有效抑霜提供了可能。     

翅片管换热器表面霜层生长特性的实验研究

空气源热泵系统节能减排效果显著,但在低温高湿的冬季制热工况下,室外蒸发器表面会发生结霜现象,霜层会直接影响换热性能,进而影响系统运行的可靠性及能效。对翅片管换热器霜层生长特性进行了实验研究,实验中采用红外热成像仪对霜层表面温度进行测量,并用千分尺热电偶直接测量装置进行校核。分析了环境温度、相对湿度及迎面风速对结霜厚度、结霜量、霜层-湿空气界面条件的影响,并将霜层表面温度与环境温度之差作为结霜的传热驱动力,将湿空气中水蒸气分压力与霜表面温度下饱和水蒸气分压力之差作为结霜的传质驱动力,对结霜机理进行了分析,为换热器的防结霜和除霜提供了依据,为优化空气源热泵系统的设计奠定了基础。     

竖直超疏水翅片间霜层动态生长特性

搭建了竖直翅片间霜层生长可视化实验平台,分别制备了铝基亲水、超亲水和超疏水平板换热器,研究了翅片间距、表面润湿性能和环境温湿度等对竖直翅片间霜层生长动态特性的影响。实验结果表明,翅片间霜层的生长过程以临界间距（约1 mm）为界可分为线性快速增长阶段和缓慢增长阶段;相同工况下,亲水表面、超亲水表面和超疏水表面翅片间结霜持续时间分别为177、387和482 min。亲水表面霜层的增长速度分别为超亲水表面和超疏水表面的2倍和3倍。较低的表面温度和较高的环境湿度由于相变过饱和度的增加而提升了霜层增长速度;此外,翅片间霜层积聚过程中霜层密度随时间变化先增长,之后霜层密度增速放缓甚至不再增长直至结霜过程结束。     

铜基超疏水表面防覆冰/抗霜冻特性分析

超疏水表面具有良好的防覆冰性能,有望改善低温条件下设备和设施的可靠性。本文采用氨气腐蚀法,制备具有微纳结构的铜表面,通过低表面能氟硅烷修饰后,金属铜表面表现出超疏水特性,其水接触角可达152.1°。利用电镜扫描、接触角测量、结冰和结霜实验分别对超疏水铜表面的表面结构、湿润性能和防覆冰性能进行研究。结果表明,超疏水表面的防覆冰/抗霜冻性能不仅与表面的粗糙度有关,还受液滴在固体表面的湿润状态的影响。当液滴在具有微-纳米结构的超疏水表面处于Cassie状态时,液滴与金属表面的接触面积小,液滴结冰速率较慢,金属表面同时具有较好的防覆冰和抗结霜性;而当液滴在金属疏水表面处于Wenzel状态时,霜晶与固体表面的接触面积增加,加快霜层的生长,金属表面的抗结霜性明显降低。     

高氯酸钠试剂过饱和电导率的测定研究

通过对直径约200～500μm的NaClO4微液滴在风化和潮解过程的研究,观测到NaClO4微液滴在相对湿度为20%时发生结晶析出和在相对湿度为45%时结晶发生潮解,表明NaClO4微液滴在相对湿度20%～45%间处于过饱和状态。设计了包含微电极、观测池和湿度调节装置的微液滴电导率测量系统,并将其应用于NaClO4微液滴风化和潮解过程(相对湿度变化范围为79%～20%)的测量,取得了过饱和状态下NaClO4微液滴的电导值。本工作对溶液临界状态过饱和电导率的测量工作进行了有益的探索性研究。     

Tunable surface roughness and wettability of a soft magnetoactive elastomer

Surface topographical modifications of a soft magnetoactive elastomer (MAE) in response to variable applied magnetic field are investigated. The analysis is performed in situ and is based on optical microscopy, spread optical reflection and optical profilometry measurements. Optical profilometry analysis shows that the responsivity of magnetic field‐induced surface roughness with respect to external magnetic field is in the range of 1 µm/T. A significant hysteresis of surface modifications takes place for increasing and decreasing fields. Investigations of shape of sessile water droplets deposited on the MAE surface reveal that field‐induced topographical modifications affect the contact angle of water at the surface. This effect is reversible and the responsivity to magnetic field is in the range of 20°/T. Despite the increased surface roughness, the apparent contact angle decreases with increasing field, which is attributed to the field‐induced protrusion of hydrophilic microparticles from the surface layer. © 2018 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2018 , 135, 46221.