铝表面结霜的试验研究及CFD模拟

结霜是制约热泵在低温工况下运行的主要因素之一。针对蒸发器结霜问题,通过试验及数值模拟的方法研究了水平铝表面结霜特性。试验观察了铝表面霜层生长的形貌特征,对比了不同冷表面温度及来流空气特性对结霜的影响。结果表明:铝表面温度越低,霜层生长初在始阶段时间越长,风速大于1.5 m/s之后,风速的变化主要影响霜层生长成熟阶段,并通过计算流体力学(CFD)模拟分析了霜层密度及导热系数的变化,验证结果表明,该模型能够较好的预测铝表面结霜。     

表面浸润性对霜层生长过程影响的实验研究

本文通过表面喷枪喷涂和恒温烘箱烘烤相结合的方法在铜片表面制作了两种接触角的疏水表面。水浴疏水表面的接触角最高可达145°。搭建显微可视化平台观察了不同接触角冷表面上水珠的形成、冻结和霜晶的生长过程,并与普通冷表面进行了对比,结果表明,超疏水表面显著延迟了冷表面霜层的出现时间,而且结霜后仍可有效抑制霜层的生长。最后从霜层生成机理和相变动力学角度分析了疏水表面延迟水珠冻结时间和抑制霜层生长的原因。     

空气源热泵室外换热器翅片管的融霜过程分析

空气源热泵因其供热效率高而得到广泛应用,但是室外换热器的结霜问题导致了其供热效率的下降。针对空气源热泵室外换热器单管的融霜过程,搭建了单翅片管融霜实验台,使该单根翅片管分别以结霜和融霜2种模式运行。融霜过程分别选择40,30,20,10,5℃的循环溶液,同时对融霜过程进行理论分析。试验以及理论分析结果表明:在不同的循环溶液温度下,随着循环溶液温度的升高,融霜速率逐渐增加且变化趋势加快;循环溶液温度的高低对融霜过程产生程度不同的影响,存在最佳循环溶液温度,可以使得除霜效率达到最高。     

纳秒激光制备超疏水TC4钛合金表面的抗结霜性能

采用纳秒激光对TC4钛合金表面进行刻蚀,然后放入电热干燥箱内烘烤,研究了钛合金表面的浸润特性、微观结构及抗结霜性能。结果表明：在100 W激光功率下纳秒激光刻蚀和烘烤处理后钛合金表面接触角超过160°,而滚动角小于5°,具有非常好的超疏水性能,钛合金表面呈纳米级的凹坑、凸起和规则球状结构;激光刻蚀钛合金表面经烘烤后同时满足了粗糙微观结构与低表面能的条件,表面的浸润特性从超亲水状态转变为超疏水状态;在-15℃下激光刻蚀和烘烤后的超疏水钛合金表面9μL水滴完全结冰所需时间为360 s,比未激光刻蚀钛合金延长了2倍以上,且水滴完全结冰后仍能保持大于130°的接触角;在-15℃恒湿条件下持续冷冻10 min后超疏水钛合金表面只出现了零散的小颗粒霜晶,而未激光刻蚀钛合金表面密集分布着大量小颗粒霜晶。     

自然对流条件下新型亲水涂料的抑霜实验研究

在用自行研制的一种亲水性抑霜涂料制成的亲水表面上进行了不同条件下的抑霜实验研究,同时与以往的抑霜亲水涂料进行了比较,发现在较高环境湿度及较低壁温条件下新型亲水涂料的抑霜效果较以往亲水涂料有明显改善,且成膜更薄,仅为0.06mm;同时研究了环境湿度和冷面温度对新型亲水涂料抑霜效果的影响;另外把这种涂料实际应用于冰箱内壁,长时间运行后,发现抑霜效果相当明显;最后给出了新型亲水涂料抑霜的理论分析.     

翅片换热器表面霜层质量生长特性及平均堵塞率的试验研究

通过搭建翅片换热器表面结霜可视化试验平台,采用称重法对霜层质量进行监测,研究了载冷剂温度等对翅片换热器表面的霜层质量生长特性,并首次提出翅片平均堵塞率概念,分析了各参数对霜层质量生长特性及翅片平均堵塞特性的影响。结果表明:在相同时间内,迎面风速越大结霜量和翅片平均堵塞率就越大。平均堵塞率随着迎面风速的增大,其达到稳定的时间逐渐延后;载冷液温度对霜层质量和翅片平均堵塞率的影响分为先促进后抑制两个阶段;翅片换热器结霜霜层厚度存在不均匀现象,表现为沿湿空气流动方向由厚转薄。     

结霜对百叶翅片管换热器性能的影响

在冷冻霜和热泵中,湿空气在冷的换热器表面间传热和传质的必然结果是在其表面上结霜,并逐渐增长。由于有效空气流通截面减小,以及较暖空气和换热器内部冷的制冷剂间热阻增加,结霜势必影响换热器性能。这种自由流通截面的减小使得空气流量减小,压降增加。热阻增加是有隔热作用的霜层引起的直接后果,降低空气和制冷剂间的传热。     

变风量对中大型风冷热泵结霜工况性能的影响

采用试验方法研究了风量变化对中大型风冷热泵机组结霜工况性能的影响。研究发现,迎面风量的变化对V型换热器最早结霜位置几乎没有影响,最早结霜位置总在换热器弯头连接段附近,风量的变化只是影响管壁温度的高低,与直管段相比,弯管段制冷剂压损较大,管壁温度较低,利于霜晶形成;迎面风量降低导致系统蒸发温度降低,致使结霜速度加快,直接造成机组稳定工作时间缩短;适当提高风机转速具有抑制结霜,减少除霜次数,有效提高机组运行性能的作用;消除V型换热器较高位置和较低位置支路出口带液是解决振荡的根本办法。     

镁合金磁控溅射镀铝耐蚀防护层研究

在AZ31镁合金表面进行了磁控溅射铝防护层的镀覆,并研究了镀层的成分分布、形貌、显微力学性能、防腐蚀性能及工艺条件对镀层的影响。结果表明：直径为1～2μm的细小晶粒均匀在镁合金基体表面沉积形成致密铝镀层,镀层和基体之间存在混融的过渡层;镀层表面粗糙度在2μm以下并与基体结合良好,其硬度、弹性模量等高于镁合金基体并具有一定韧性和弹塑性能;适当降低氩气压力,提高溅射电流,可改善镀层质量。镀层提高了镁合金基体的自腐蚀电位并降低了腐蚀电流,从而抑制了腐蚀倾向,但自腐蚀电位低于热喷涂铝电位且腐蚀电流高于微弧氧化处理电流。     

一种宽工况空气源热泵性能的实验研究

分析了喷气增焓系统、改进的翅片管以及喷液旁通对空气源热泵热工性能的影响,并进行额定制冷、制热、融霜以及低温制热的实验研究。实验结果表明:喷液增焓能够改善低温制热时的热工性能,制热量能够提高5%~15%;翅片管的改进能够延长结霜时间,缩短融霜时间;制冷时的喷液能够有效降低压缩机吸排气温度,对制冷量和功率的影响极小。3种技术的使用,改善了机组在恶劣工况下的热工性能。     

真空冷冻干燥机中冷阱结霜特性的研究

在真空冷冻干燥装置中,冷阱是用来捕集从物料中升华出来的水蒸汽的主要设备.由于冷阱处于低温低压的环境下,物料中升华出来的水蒸气在冷阱冷壁面上从汽态直接凝华成霜而抽除.但是,目前国内外有关低温低压下冷壁面结霜特性的研究很少,这对于研究冷阱的传热传质问题和改进冻干装置带来了难度.本文以冷阱表面的霜和干燥室内的物料为研究对象,引用动压测量技术对物料的升华速率进行了试验研究.同时采用实时摄像法对冷阱表面的结霜过程进行监测,并对霜层内的温度梯度进行分析,进而根据传热问题的傅立叶定律得到霜层的导热系数.     

检验腐蚀对镍基单晶高温合金力学性能的影响

在真空定向凝固炉中采用螺旋选晶法制备了一种镍基单晶高温合金棒材,研究了检验腐蚀对单晶高温合金在980℃下的拉伸性能和980℃/250MPa下的持久性能的影响,并分析了其表面及断裂试样纵剖面显微组织。结果表明:镍基单晶高温合金在检验腐蚀的过程中,其枝晶间的腐蚀深度比枝晶干的大;随着腐蚀次数的增加,合金的表面粗糙度增大,枝晶间形成了腐蚀坑甚至腐蚀沟槽;腐蚀后合金的拉伸性能和持久性能均降低。     

冷金属过渡条件下铜合金在钛和钢表面上的润湿行为与界面特征

研究冷金属过渡条件下ERCu Ni Al铜合金分别在裸钢板、热镀锌钢板和纯钛板表面的润湿行为和界面特征。结果表明,铜合金在裸钢、热镀锌钢和纯钛表面的润湿性均随着送丝速度的增大而变好,在同等送丝速度下铜合金在裸钢表面的润湿性要好于镀锌钢表面。此体系属于典型的温度依赖润湿体系。铜合金在镀锌钢表面润湿时,由于镀锌层中锌的挥发带走热量使得界面反应温度降低,导致界面反应变弱,润湿性变差;在电弧的作用下,熔滴周围形成了富锌区,其中铝富集于此区域并形成了Al Fe Zn8和Al5Fe2化合物。铜合金在裸钢表面润湿时,由于铝与铁具有较强的亲和力,在电弧的作用下,焊丝中的铝很容易在界面上发生反应,从而形成明显的Cu-Fe-Al界面反应层。铜合金在纯钛表面润湿时,由于Ti在Cu中的固溶度较低,在电弧的作用下,铜和钛互溶形成明显的界面反应层,主要由Ti Cu、Ti2Cu和α-Ti组成。     

浸铝硅石墨复合材料氧化及滑动磨损性能研究

为研究浸铝硅石墨材料在高温下动态密封性能,采用环块式磨损试验机考察浸铝硅石墨材料在高温下的抗氧化性能及室温下的干滑动磨损性能,通过光学及电子显微镜、X射线衍射表征浸铝硅石墨氧化表面及磨损表面形貌及组成,探讨浸铝硅石墨的氧化及磨损机制。结果表明, 与石墨材料相比,浸铝硅石墨在300~500 ℃范围内具有较好的抗氧化能力;由于铝的浸渗,提高了基体材料的强度及承载能力,而其中的石墨在磨损过程中可在磨损表面形成一层摩擦层,因而显著提高了材料的抗磨性能。     

渗碳滚子铝腐蚀缺陷分析

针对滚子在渗碳过程中出现表面凹坑状剥落的现象，采用金相显微镜和能谱对其进行了分析检验，结果表明，渗碳工件与第一次使用的新料架表面纯铝接触是导致工件表面铝腐蚀的诱因。经增加料架930℃＋5h高温扩散工艺，防止纯铝残留在料架表面，可避免渗碳工件铝腐蚀的发生。     

浸铝硅石墨复合材料氧化及滑动磨损性能

为研究浸铝硅石墨材料在高温下动态密封性能,采用环块式磨损试验机考察浸铝硅石墨材料在高温下的抗氧化性能及室温下的干滑动磨损性能,通过光学及电子显微镜、X射线衍射表征浸铝硅石墨氧化表面及磨损表面形貌及组成,探讨浸铝硅石墨的氧化及磨损机制。结果表明,与石墨材料相比,浸铝硅石墨在300~500℃范围内具有较好的抗氧化能力;由于铝的浸渗,提高了基体材料的强度及承载能力,而其中的石墨在磨损过程中可在磨损表面形成一层摩擦层,因而显著提高了材料的抗磨性能。     

AlNiZr非晶纳米晶复合涂层的腐蚀磨损行为研究

为提高海洋极端环境下钢结构材料的耐腐蚀磨损性能,采用高速电弧喷涂技术制备了一种AlNiZr非晶纳米晶复合涂层,并研究了该涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀磨损行为。结果发现,AlNiZr涂层组织较为均匀,致密性较好,相结构由非晶、纳米晶及晶化相共同组成,涂层非晶体积分数约为64.93%,平均显微硬度值为363HV0.1,与45钢基体之间的平均结合强度约为30.8 MPa;在干摩擦条件下其平均摩擦因数约为0.125,磨损体积约为0.134 mm3,磨痕宽度约为882.4 μm,磨损失效机制以氧化磨损和脆性剥层磨损为主,并伴有轻微磨粒磨损;在腐蚀介质条件下,由于受到腐蚀介质的润滑减摩作用,导致涂层的平均摩擦因数、磨损体积、磨痕宽度均有明显减小,其平均摩擦因数约为0.058,磨损体积约为0.02216 mm3,磨痕宽度约为314 μm,腐蚀磨损失效机制主要表现为剥层磨损形式,同时磨损起主导作用、腐蚀次之。与纯铝涂层相比,AlNiZr涂层表现出优异的耐腐蚀磨损性能。     

高铝青铜Cu-14%Al-X合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀性能

通过静态浸泡腐蚀试验、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)等方法研究了一种新型高铝青铜合金Cu-14%Al-X在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能及腐蚀行为。结果表明：在NaCl溶液中,Cu-14%Al-X合金有良好的耐蚀性能,当温度由20 ℃上升到80 ℃时,该材料的失重腐蚀速率由0.032 4 mm/a增加到了0.131 2 mm/a;合金中的(α+γ2)共析相和β’相、α相、K相相比,具有优先腐蚀倾向。腐蚀后试样表面Al、Mn元素的含量明显下降,Cu的含量明显增加,可见,合金发生的主要是脱铝腐蚀。     

空气热源热泵系统除霜控制的热力学依据分析

根据空气热源热泵室外换热器结霜过程的物理模型,归纳了霜层导热系数变化规律的数学模型,计算了结霜对传热系数的影响,分析了空气热源热泵系统除霜控制的热力学依据.     

合金元素铬和铝对J55钢电化学腐蚀行为的影响

为了解铬、铝合金元素对J55钢电化学腐蚀行为的影响,采用电化学测试和浸泡试验研究了含铬和铝的J55钢在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明:加入1.49%Cr、1.47%Al和1.98%Cr、1.95%Al后,J55钢的开路电位(或自腐蚀电位)明显正移,腐蚀活性降低,极化电阻增大,自腐蚀电流密度减小,腐蚀速率大大降低;加入铝、铬元素后的J55钢在NaCl溶液中浸泡200d后,其表面生成了富集铝和铬的具有保护性的腐蚀产物膜,提高了钢的耐腐蚀性能。