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。     

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。     

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。     

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。     

磁场作用下不同润湿性表面结霜实验研究

研究了在冷面温度Tw=-10℃和-30℃,环境相对湿度RH=60%和80%,3种润湿性表面在不同磁场强度下的结霜规律。通过可视化观测和图像二值化处理计算,分析了磁场强度和表面接触角对霜晶形态、水珠粒径、结晶时间、液滴和霜晶覆盖率、霜层厚度和密度的影响。结果表明:磁场作用下,疏水性表面水珠粒径减小40%左右,结晶时间延长500 s以上,凝结水珠分布更加稀疏;结霜厚度和密度随着磁场强度和接触角的增大而减小;随着冷面温度的降低和相对湿度的增大,表面特性和外加磁场对结霜过程的影响降低。     

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。     

多孔球层内水的过冷与蓄冷特性

影响水过冷度的因素很多, 同样实验条件下水的过冷度并非一个定值, 多孔球层的存在对水的过冷度产生一定影响。对蒸馏水和不同球径的多孔球层介质进行了32次过冷度测定实验, 并对蒸馏水和多孔球层介质的蓄冷特性进行了实验研究。过冷度实验结果采用统计方法进行分析, 并用CCD相机和热像仪对过冷现象进行观察。结果表明:大温差降温条件下水的平均过冷度要小于阶梯缓慢降温条件下水的过冷度;多孔球层球径越小, 平均和峰值过冷度越小, 但直径为11 mm出现特例, 其平均过冷度比8 mm直径多孔球层要小, 峰值也比8 mm的小;多孔球层固体基底的存在大大缩短了蓄冷相变时间。     

熔渣颗粒空冷相变换热的三维数值模拟

利用VOF方法结合凝固和熔化模型对熔渣颗粒在空气流中的冷却相变过程进行了三维数值模拟,讨论了熔渣颗粒直径和空气速度对冷却凝固过程演变的影响。结果表明:空冷方法能够实现熔渣颗粒表面的快速凝固成型,但同时也造成了颗粒内部的非均匀凝固。熔渣直径越小,完全凝固时间越短;空气流速越大时,其表面换热越强,完全冷却时间越短。颗粒初温为1673.15K、直径为0.5~2mm,风速为1~5m·s-1条件下熔渣颗粒在2s内释放出全部凝固热,后续空气最高温度能达到900K以上。     

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.     

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。     

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。     

闭式喷雾冷却的瞬态传热过程研究

搭建了闭式喷雾冷却实验台,实验研究了喷雾冷却的瞬态传热过程,获得了准确描述其传热过程的实验曲线,分析了冷却初始温度、加热功率及工质类型对瞬态传热过程的影响。研究表明:对于喷雾冷却的瞬态传热过程,其表面温度变化趋势可分为急速下降、持续升高、二段下降3类。初始表面温度在经历启动初期增强效应后,若小于莱登弗罗斯特点(LFP)对应的温度Tf,则表面温度不断下降,在核态沸腾区实现热平衡;反之,表面温度升高,在膜态沸腾区实现热平衡;恒定加热功率的大小决定了表面温度变化速率,随着恒定加热功率的增大,表面温度下降或者上升的速率加快;同等条件下,对于不同类型介质,喷嘴入口压力及饱和温度越高,其Tf也越高。     

超声波抑制平板表面结霜的试验研究

对自然对流条件下施加20 kHz频率的超声波和未施加超声波两种作用机制下平板表面的结霜现象进行了微观可视化研究,对比分析了有无超声波作用下不同冷表面温度对霜层厚度的影响。研究显示,冷表面霜层在施加超声波作用后仅有少量生长,霜层分布相对规则,由一簇簇“霜线”组成。结果表明,超声波对平板表面霜层的生长具有显著的抑制作用。     

水泥基材料的结晶压机理研究

本文通过仪器测定了水泥基材料冻结时产生的冻胀力,试验结果发现水泥基材料冻结时也会产生冻胀力,且净浆试件冻胀力稍微大于砂浆试件,同时发现毛细孔充满液苯的砂浆试件冻结时也会产生冻胀力.结合冻胀力试验结果以及水和苯结晶过程的分析,推断冻结过程中水泥基材料内部产生冻胀力,而冻胀力产生的机理主要是结晶压.