磁场对铜板冷表面抑霜的可视化研究

为了研究弱磁对凝结液滴冻结和结霜过程的影响。通过在冷表面两侧施加永磁铁的方式,探究磁场(0—70 mT)和液滴冻结时间、大小、霜厚及结霜质量的关系。实验结果表明:在相同的工况下,随着磁场强度的增加,冷表面上发生液滴冻结的时间逐渐延长,但随湿度增加到一定程度时,液滴冻结的时间与磁场强度的关系并不是呈线性关系;另外,在不同磁场强度下,冻结液滴的尺寸不同;在结霜过程中,霜层生长的速度随着磁场强度的增加而变缓,结霜质量随之减少。以上的结果表明,一定的磁场强度对冷表面上液滴的冻结和霜层的生长均能起到一定的抑制作用,但随着冷表面温度的降低和环境湿度的增加,磁场对液滴冻结和结霜过程的抑制作用会减弱。     

降压环境下液滴在不同润湿性表面汽化过程实验研究北大核心CSCD

对降压环境下液滴在不同润湿性表面的汽化过程进行了实验研究,对比了在亲水和疏水表面上液滴汽化过程的无量纲尺寸变化,分析了环境压力和表面温度对亲水表面液滴汽化过程的影响。实验结果显示:降压过程中液滴在热表面的汽化过程经历四个阶段:初始状态、降压的快速汽化阶段、定接触线汽化阶段和快速收缩阶段。相同工况下,由于疏水表面的气泡数更多,抑制了液滴接触半径的收缩,液滴生存时间更长。在亲水表面上环境压力越低、表面温度越高,液滴汽化越剧烈,并且定接触线汽化阶段占整个汽化过程的比例越大。     

不同基底温度下铝基超疏水表面的抗结冰性能实验

本文利用刻蚀方法制备了铝基超疏水表面,在环境温度20℃、相对湿度60%下进行了不同基底温度(-15℃、-20℃、-25℃、-30℃)超疏水表面的静态和动态低温液滴抗结冰性能实验研究。结果表明:超疏水表面在液滴静、动态下均表现出良好抗结冰性能;在静态液滴抗结冰实验中,随着冷表面温度的降低,超疏水表面延缓结冰的时间快速下降,当基底温度为-25℃时,其抗结冰性能发生突变,并随冷表面温度的进一步降低而表现恶化;在动态液滴抗结冰实验中,当冷表面温度为-15℃和-20℃时,低温液滴能快速从低温表面弹离,而当冷表面温度为-25℃和-30℃时,低温液滴不能从超疏水表面弹离,滞留在超疏水表面上,且快速在其上冻结,超疏水表面失去了抗结冰性能。基于相关相变成核理论,分析了其抗结冰的机理。为超疏水表面在冬季空调室外换热器上的应用提供一定参考。     

相对湿度对固体冷表面上液滴凝结过程规律影响的研究

通过可视化的实验设备观察四氟乙烯平板冷表面上的液滴凝结过程,探究在固定过冷度情况下不同相对湿度对冷表面上液滴凝结过程中液滴大小、液滴数量多少的影响情况。实验结果表明:高相对湿度的条件下可使液滴凝结更容易发生,并且相对湿度从50%变化到90%的过程中,凝结时间的降幅达到了60%左右,通过液滴直径与凝结时间的拟合的相关性发现,凝结速率与相对湿度呈现出正相关性,提升了4倍左右;高相对湿度下液滴数量的峰值最先出现,且液滴面积覆盖率随湿度的增加而呈现出递减趋势。     

超疏水表面融霜演化行为及排液特性

及时脱除热力除霜后冷表面残留液滴,可以延缓二次结霜。本文对室温环境下超疏水表面融霜演化行为进行了微观可视化观测,对比分析了表面倾角对裸铝表面(接触角88. 0°)及超疏水表面(接触角151. 1°)融霜排液的影响。实验结果表明,水平超疏水表面融霜过程存在单液膜卷曲收缩及多液滴合并两种行为,较大的静态接触角及较小的接触角滞后是促使多液滴合并的主要原因。与倾斜裸表面融霜过程存在大量残留液滴不同,超疏水表面融霜液可实现自排除;当表面倾角>30°时,超疏水表面排液率可达90%以上。结合表面润湿特性及表面倾角推导出表面液滴临界脱落半径,与实验结果吻合较好。     

降压环境下液滴在不同润湿性表面汽化过程实验研究

对降压环境下液滴在不同润湿性表面的汽化过程进行了实验研究,对比了在亲水和疏水表面上液滴汽化过程的无量纲尺寸变化,分析了环境压力和表面温度对亲水表面液滴汽化过程的影响。实验结果显示:降压过程中液滴在热表面的汽化过程经历四个阶段:初始状态、降压的快速汽化阶段、定接触线汽化阶段和快速收缩阶段。相同工况下,由于疏水表面的气泡数更多,抑制了液滴接触半径的收缩,液滴生存时间更长。在亲水表面上环境压力越低、表面温度越高,液滴汽化越剧烈,并且定接触线汽化阶段占整个汽化过程的比例越大。     

疏水性对竖直冷表面上自然对流结霜特性的影响

本文采用控制表面氧化法制备超疏水表面(153. 2°),并对自然对流条件下竖直放置的超疏水表面与裸铜表面进行可视化结霜实验,观察并对比实验初期有液核与无液核生成成霜时疏水性对结霜过程的影响,研究了疏水性对结霜的影响随冷表面温度(-50～-30℃)、空气相对湿度(30%～70%)的变化规律。结果表明,有液核成霜时,超疏水表面具有显著的抑霜效果;无液核成霜时,疏水表面不再具有抑霜效果,反而超疏水表面霜晶生长更为密实;疏水性对无液核成霜过程的影响随空气相对湿度的增大、冷表面温度的降低而减弱;从云物理学与核化理论角度分析了无液核生成时超疏水表面霜晶分布更密的原因,发现实验制备的超疏水表面上凹坑与CuO晶体颗粒为凝华核化提供了有利位置。     

液滴撞击冷超疏水表面动力学特性分析

采用氟化物改性和喷涂法制备出一种具有边缘效应抗冷凝失效性能的宏观蜂窝结构化超疏水涂层,通过高速摄影和图像处理方法,研究液滴撞击普通光滑铝表面、普通超疏水表面和蜂窝状结构化超疏水表面的撞击过程,获得了接触时间、铺展系数的关系。引入分形维数对凝结液滴生长形貌进行分析,研究结果表明,随着凝结量的增加,超疏水表面形貌越复杂,分形维数越高,液滴撞击后纵向伸展长度越小,液滴最终粘附在超疏水表面。而具有边缘效应的宏观蜂窝结构具有一定的抗冷凝失效性能,并且加速液滴的分裂和在表面的脱离。     

超疏水表面防结冰结霜性能的研究进展

利用超疏水表面可以防止或减少金属表面结冰结霜,在制备防结冰结霜表面中得到了广泛深入地研究。超疏水表面一般是利用其自身表面的粗糙结构和低表面能来使得液滴无法在其表面长时间停留而获得超疏水性能,但是液滴在低温和大湿度以及液滴在高高度撞击超疏水表面条件下会使超疏水表面的抗结冰结霜性能明显降低。针对这种情况,综述了超疏水表面在这方面的进展来探讨提高其抗结冰结霜性能的可能途径和方法。     

透明超疏水表面的制备与抑霜性能研究

本文介绍了一种透明超疏水表面的制备方法,并在冷表面温度(-3-5℃).相对湿度(20%-60%)下研究了其抑霜性 能。结果表明:用纳米二氧化硅和聚二甲基硅氧烷制备的透明超疏水玻璃表面的最大接触角可达到154.1,透光性能良好;在自 然对流条件下竖直放置的超疏水玻璃表面有良好的抑霜效果,形成的霜层先是呈麦穗状,后期呈无规则分叉状,这与普通玻璃表 面上先是花簇状,后期是霜晶呈六边形的霜层形成鲜明对照;接触角随纳米二氧化硅质量呈倒U型曲线关系,最佳质量为0.067 g/cm2,修饰玻璃表面可维持700s表面不结霜,与普通玻璃表面结需出现时间相比题长了66.7%;发现随着湿度增大,雷晶枝晶 生长越明显,超疏水表面上霜层霜晶生长的方向性越明显。     

超疏水表面结构对冷凝结露生长现象影响的研究

超疏水表面可以抑制或者防止结露,但不同的结构其作用效果也不同。通过研究对比3种不同结构的超疏水表面的冷凝结露情况,观察三者在相同条件下表面冷凝液滴的生长规律以及液滴在表面的传热情况,来探讨液滴生长的影响因素,进而筛选出最佳的结构来抑制或者减少冷凝液滴的形成和生长。     

疏水/超疏水硅表面的制备及液滴的运动特性

以硅为基底,采用反应离子刻蚀技术和自组装技术制备疏水/超疏水表面,测量各表面的静态接触角和滚动角,借助高速摄像系统分析液滴滴落到不同硅表面的运动特性。结果表明,微柱高度不同,接触角随微柱间距的变化规律不同;滚动角随微柱高度的增加而增大,随微柱间距的增加而减小。对于液滴在其上能够发生滚动的硅表面,当水平放置时,液滴滴落后,铺展系数和回弹系数均随着跳动次数的增加逐渐减小,且滚动角越大,其减小速度越快;当硅表面倾斜放置时,若倾斜角小于滚动角,液滴滴落后的跳动距离越来越小,且滚动角越大,跳动距离减小的速度越快;若倾斜角大于滚动角,则液滴跳动距离越来越大,但滚动角越大,跳动距离增大的速度越小。     

接触角和质量分数对液滴冻结过程的影响

本文通过FLUENT软件的凝固/熔化模型,模拟了接触角及质量分数对纯水和氯化钠溶液在冷表面冻结过程的影响,选择铜片为亲水表面,纳米膜表面为疏水表面,对液滴在不同表面特性条件下的冻结过程进行实验研究。结果表明：液滴在冷表面的冻结特性与接触角、质量分数有关。当溶液质量分数一定时,接触角越小,液滴冻结速度越快,完全冻结时间越短;在冻结过程的初始时刻,接触角越小,液滴底部温度越低;当冻结时刻相同、液滴高度一致时,液滴表面的温度和液相分数均比液滴内部低;接触角相同时,溶液质量分数与液滴的开始冻结温度成反比,与完全冻结时间成正比。对比实验结果与模拟可知,不同质量分数的氯化钠液滴在接触角为60°和100°时,冻结时间的变化趋势一致,但实验值大于模拟值。     

铝基体超疏水表面结冰结霜特性研究

采用中性电解液,通过电化学加工技术及氟化处理方法制备出铝基体超疏水表面,接触角达160°,滚动角小于5°,并在其上进行了结冰和结霜研究.在不同实验条件下研究超疏水表面的形貌、霜高随时间的变化,并与相同条件下的普通铝表面、吸水性表面进行了对比.结果表明,该超疏水表面经过50多次结霜、除霜后,仍具有很好的超疏水性能,表现出良好的重复性和耐久性;与普通铝表面相比,铝基体超疏水表面具有明显的抗结冰结霜性能,霜晶先出现在四周边缘处并逐渐蔓延到中间,但抑霜能力随着冷表面温度的降低而减小;与吸水性表面相比,超疏水表面在抗结冰结霜的同时能有效抑制表面质量的增加.     

表面处理对微通道换热器湿工况性能及长效特性的影响

对翅片间距为1.1mm的微通道换热器进行了亲水和疏水表面处理,并对其不同工况下的性能进行了实验研究,分析了表面处理对微通道换热器湿工况性能和长效特性的影响。实验表明,疏水表面处理在低风速下会造成换热器性能衰减：与原换热器相比,经过疏水表面处理的换热器换热量最大减小14%,衰减随着风速的变大而减小;而压降除了高风速高湿度工况,其余工况下均升高130%以上。亲水表面处理对换热器性能影响较小：与原换热器相比,经过亲水表面处理的换热器在不同工况下性能衰减2%-8%;压降仅在高湿度低风速下明显变大17%,其余大部分工况得到改善,在高湿度高风速下压降仅为原换热器的50%。亲水表面处理在防腐蚀方面具有一定作用,同时进行盐雾腐蚀260h后,表面亲水处理的换热器在不同工况下比原换热器性能提升4%-6%,压降降低14%-16%。     

超疏水沥青混凝土抗凝冰性能及评价

引入超疏水设计理念,制备了具有超疏水抗凝冰性能的沥青混凝土试件。通过模拟试验和理论分析相结合,开展了超疏水沥青混凝土抗凝冰性能研究,测定了普通试件及超疏水试件抗凝冰性能差异,分析了不同工况下超疏水沥青混凝土试件的抗凝冰性能。通过接触角测定及表面能计算,评价了超疏水沥青混凝土的防冰、疏冰性能。结果表明,超疏水沥青混凝土可有效促进液滴滚落,滚落率高达80%。通过自行设计的落锤冲击试验间接测定了超疏水沥青混凝土试件的"冰-路"附着力,仅为普通沥青混凝土试件的38.5%。基于不同工况,降雪环境下超疏水沥青混凝土试件冰的残留率最低。接触角试验和表面能计算表明,超疏水沥青混凝土的表面能为1.97mJ/m2,仅为普通沥青混凝土的5.1%,体现了良好的抗凝冰性能。     

霜层生长初期冰晶体分布状况实验研究

研究霜层的结构对于理解结霜现象有着重要的意义。利用自行研制的图像放大及采集系统，对霜层生长初期冰晶体的形态进行显微观测，得到了不同生长条件下冰晶体的图像。随后采用数字图像处理方法，将原图像转换为二值图。通过对图像的分析，发现霜层的生长初期冰晶体的分布与充分生长的霜层有所不同，此时霜层靠近冷表面固含率最大；随着高度的增长，固含率以近似线性的方式减小。实验还发现，对霜层生长初期影响最大的两个因素是冷表面的温度和空气的相对湿度。随着冷表面温度的降低，霜层的高度明显增长，冰晶体沉积量增加，而平均密度的变化则不明显；随着空气相对湿度的增加，霜层的高度、平均密度以及冰晶体总的沉积量都有所增加。空气温度对霜层生长的影响不明显。     

疏水二氧化硅/聚苯乙烯超疏水复合涂层的简易制备及其防沾污性研究

采用喷枪及家用简易喷雾器在含有聚乙烯(PE)膜的纸张表面制备了含疏水二氧化硅纳米颗粒和聚苯乙烯的超疏水复合涂层。随着疏水二氧化硅纳米颗粒含量的增加,表面逐渐被二氧化硅颗粒覆盖,并且形成微纳米孔洞结构,达到超疏水性,并具有良好的耐粘附稳定性,水、牛奶和橙汁等液滴可从这些超疏水表面滚落而不残留,具有良好的防沾污能力。     

铝基波纹表面结霜特性实验研究

本文针对铝基波纹翅片换热器广泛应用及结霜问题,基于相变驱动力分析结霜机理,实验研究了在不同冷表面温度(-5～-15℃)、空气温度(11～17℃)、空气流速(1.5～2.5 m/s)等工况下,铝基裸铝波纹表面的结霜情况,观察了铝基波纹表面上霜层生长过程中的微观形貌,并采用田口实验法分析了环境因素对表面结霜情况的影响。结果表明：环境因素的改变会对铝基波纹表面结霜产生不同程度的影响,以波纹角度11.3°为例,结霜60 min时,与冷表面温度为-5℃相比,冷表面温度为-10℃和-15℃时结霜量分别增长12.20%和31.28%,霜层厚度分别增长19.95%和47.24%。田口实验法分析表明：相比湿空气温度和空气流速,冷表面温度和湿空气相对湿度对波纹表面结霜特性影响相对较大,对波纹表面结霜量的贡献率分别为37.3%和31.8%,对霜层厚度的贡献率分别为61.1%和22.6%。空气流速对结霜量的贡献率为22.6%,而对结霜层厚度的贡献率仅为4.2%,表明空气流速对霜层的致密化作用较大。     

铝基体超疏水表面的抗结冰结霜效果分析

增加接触角是提高表面抗结冰结霜能力的重要方法.借助电化学加工和氟化处理获得铝基体超疏水表面,该表面具有二元微纳米复合结构,干燥时水滴在其上的接触角为160°,滚动角小于5°,处于Cassie-Baxter状态.在自制的半导体制冷台上,观测冷表面温度为-5.2 ℃时,铝基体超疏水表面的结霜过程,并将其与普通铝表面进行了对比,发现铝基体超疏水表面的四周边缘处先出现霜晶并逐渐蔓延到整个表面,与普通铝表面相比具有显著的抗结冰结霜性能.最后对铝基体超疏水表面的边缘效应和抗结冰结霜机理进行了分析.