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。     

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。     

智能表面可润湿性材料的研究进展

润湿现象广泛存在于自然界和工程应用中,智能表面可润湿性材料日益成为研究的热点,近年来引起了人们的广泛关注。综述了润湿性的理论模型、疏水/亲油行为理论和亲水/水下超疏油理论,同时对近些年来国内外可润湿性的不同响应系统（电、pH、光、热、离子等响应刺激系统）进行了综述,改变响应材料的表面和化学性质,导致材料可润湿性的改变。展望了未来可润湿性的研究方向,对润湿表面理论和应用方面存在的一些挑战进行了总结和建议。     

混合润湿性图案化铜基表面冷凝换热性能研究

采用聚四氟乙烯纳米颗粒涂料在50 mm×100 mm铜基表面构造超疏水表面以及条纹图案混合润湿性表面。为探究条纹倾角对冷凝换热的影响,条纹与铜板宽度方向分别成90°与60°的混合润湿性表面被应用于实验中。实验结果表明,超疏水表面传热系数h_{\mathrm{d}\mathrm{w}\mathrm{c}}与混合润湿性表面冷凝传热系数h_{\mathrm{h}\mathrm{y}\mathrm{b}\mathrm{r}\mathrm{i}\mathrm{d}}随换热温差\mathrm{\Delta }{T}_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{b}}增大而增大。同时,h_{\mathrm{d}\mathrm{w}\mathrm{c}}和h_{\mathrm{h}\mathrm{y}\mathrm{b}\mathrm{r}\mathrm{i}\mathrm{d}}与冷凝液的脱落频率存在强相关关系,脱落频率越高,h_{\mathrm{d}\mathrm{w}\mathrm{c}}、h_{\mathrm{h}\mathrm{y}\mathrm{b}\mathrm{r}\mathrm{i}\mathrm{d}}越大。超疏水表面冷凝液脱落频率低,h_{\mathrm{d}\mathrm{w}\mathrm{c}}在0~20 K的换热温差范围内始终低于膜状凝结。混合润湿性表面能有效强化超疏水表面的冷凝换热,条纹倾角为60°的表面在\mathrm{\Delta }{T}_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{b}}为11.3 K时测得最高传热系数16.64 \text{?}\mathrm{k}\mathrm{W}/({\mathrm{m}}^{\mathrm{2}}?\mathrm{K}),是超疏水表面传热系数的2.14倍;而条纹倾角为90°的表面在\mathrm{\Delta }{T}_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{b}}为13.8 K时测得最高冷凝传热系数13.63 \mathrm{k}\mathrm{W}/({\mathrm{m}}^{\mathrm{2}}?\mathrm{K}),是超疏水表面传热系数的1.68倍。     

不同磁场作用下Fe3O4/water纳米流体层流流动对流传热系数的实验研究

对体积分数为3%的Fe₃O₄/water纳米流体在不同温度、不同磁场大小和方向的均匀磁场和梯度磁场作用下的对流换热进行了详细的实验研究。首先,开展了纳米流体能量方程的量纲1分析,讨论了纳米流体强化换热的机理。发现磁性纳米粒子所受到的磁力远远大于布朗运动力。实验测试结果与量纲1分析相吻合,在垂直均匀磁场作用下,纳米流体层流流动的平均对流传热系数提高了5.2%;在垂直梯度磁场作用下,平均对流传热系数提高了9.2%。而在水平均匀磁场作用下,纳米流体平均对流传热系数下降了4.8%。另外,随着温度的升高,对流传热系数均逐渐升高。     

超疏水/亲水性结构表面流动沸腾传热实验研究

用激光烧蚀方法在抛光后的铜上制备出四种无需涂覆修饰即可获得超疏水/亲水性的规则微阵列结构表面。基于流动可视化与温度数据结果,分析了表面浸润性和过冷度对流动沸腾传热性能的影响,与经典汽化核心密度关联式进行了对比。结果表明：疏水表面可削弱单相对流传热,大幅强化沸腾传热,最大传热系数提高了75.5%,沸腾起始点提前3.5 K,且汽化核心数目较裸铜表面提高了5倍以上,但有较低的临界热通量。超亲水表面可增强单相对流传热、小幅度提升流动沸腾传热。对比亲水表面与疏水表面的气泡生长过程,发现疏水表面尾端气泡容易汇聚,生长周期较长;而亲水表面没有发生明显的气泡汇聚行为,气泡生长周期较短。     

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。     

表面裂纹倾角漏磁场的数值模拟与实验研究

以表面裂纹漏磁场为研究对象,以电磁场麦克斯韦方程组为理论基础,以有限元数值分析为手段,建立裂纹漏磁场三维静态数值模拟模型,用数值分析和实验方法研究裂纹倾角对裂纹漏磁场的影响。得到漏磁场磁感应强度B、磁场强度H和漏磁场信号幅值随裂纹倾角的变化曲线。结果表明:表面裂纹倾角与裂纹漏磁场呈递增的关系,当裂纹与外加励磁磁场方向垂直时,裂纹漏磁场磁感应强度B、磁场强度H及信号幅值均最大。     

纳米结构超疏水表面的沸腾传热

在紫铜基地表面制备了纳米结构碳膜,此种超疏水表面具有较高接触角.池式沸腾传热实验表明,水在这种表面上的传热系比普通表面大约10 000 W/(m2·K);同样传热温差下,传热通量约大2x105W/m2.实验过程中观察发现,气泡的脱离直径一般小于2mm,气泡脱离频率比普通表面快得多.阻垢实验证明,这种表面具有优良的阻垢性能.     

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。     

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.     

微小通道内不同润湿性表面流动冷凝传热

利用丝网烧结和聚四氟乙烯溶液（Teflon）浸渍法,在铜表面上制备了亲疏水匹配的结构,即在疏水四氟涂层上有阵列排布的椭圆亲水点,仅有四氟涂层的全疏水表面和不作修饰的全亲水铜表面作为对照,考察了以这三种表面为底部换热区域的矩形微小通道（水力直径1.5 mm）的换热特性和流动特性。实验的通道内蒸汽质量流速为10～60 kg·m^-2·s^-1,干度为0.3～1,亲疏水匹配表面与亲水表面相比,蒸汽冷凝传热系数（HTC）最高增加了454.6%,与全疏水表面相比,传热系数最高增加了107.3%,利用高速相机拍摄可视化照片,观察了通道内气液两相,尤其是表面液滴成核、聚并、冲刷的周期运动过程,解释了亲疏水匹配表面强化传热的机理。     

磁场调控磁性纳米流体流动和传热研究进展

磁性纳米流体在实现能量高效和可控传递领域极具发展潜力。本文综述了磁场作用下磁性纳米流体对流换热及沸腾换热的最新进展,主要包括强制对流换热、混合对流换热、自然对流换热、池沸腾换热及管内沸腾换热等方面的实验研究,分析了磁场类型、强度、梯度、频率、方向及磁铁位置等对磁性纳米流体流动和热传输特性的影响,指出可通过改变外加磁场来实现对磁性纳米流体流动和传热的控制,并探讨了磁性纳米流体流-磁耦合作用下的传热机理以及目前所面临的挑战。在此基础上,提出了未来磁场调控磁性纳米流体对流换热和沸腾换热的主要发展方向：制备稳定的磁性纳米流体,建立系统有效的流动和传热理论模型,并从微介观尺度诠释热-流-磁耦合协同换热机理。     

PVDF中空纤维换热管亲/疏水组合表面强化蒸汽冷凝传热

针对塑料换热管热导率低的问题,采用非溶剂致相分离法（NIPS）,通过控制铸膜液中磺化聚醚砜（SPES）添加量,制备出具有致密层/非致密层复合结构,外表面接触角分别为49.8°、78.1°的中空纤维表面亲水（PVDF/SPES）、表面疏水（PVDF）换热管,在非致密层内填充水,从而提高换热管导热性能。将单根的表面亲水、疏水换热管编织,在列管式塑料换热器壳程,利用两根换热管的外表面,构建蒸汽冷凝用亲/疏水组合表面,研究该表面上蒸汽冷凝传热强化效果。研究表明,较熔融拉伸法制备的致密PVDF换热管疏水表面,NIPS法制备的亲水表面、疏水表面及亲/疏水组合表面上的蒸汽冷凝总传热系数分别提高46.6%、56.5%、99.7%。可见,较单一的亲水或疏水表面而言,亲/疏水组合表面能够显著强化蒸汽冷凝传热性能。     

Experimental study on freezing of liquids under static magnetic field

Freezing processes of several liquids under static magnetic field (SMF) less than 50 mT were investigated.Central temperature of liquid samples held in glass test tubes immersed in a liquid bath was measured and collected.Nucleation temperature and phase transition time were obtained from freezing curves.Normality tests were performed for nucleation temperature of these liquids with/without magnetic field and normality distributions were justified.Analysis of variances was carried out for nucleation temperature of these liquids with magnetic field flux density as the influencing factor.Results showed that no significant difference was found for deionized water with or without SMF.However,differences exist in 0.9％ NaCl solution and 5％ ethylene glycol solution with and without SMF.Nucleation temperature of 0.9％ NaCl with SMF is lower than that without SMF,while its phase transition time is shorter than that without SMF.Nucleation temperature of 5％ ethylene glycol with SMF is higher than that without SMF,while its phase transition time is not modified with SMF.     

Study of effect of temperature gradient on solid dissolution process under action of transverse rotating magnetic field

The study of effect of the transverse rotating magnetic field on the dissolution process of rock‐salt sample is the main purpose of this work. Moreover, the experimental study of the influence of the temperature gradient between the surface of sample and the solvent temperature on this process is presented in this article. The results of investigations are worked out by means of the novel type dimensionless equations including standard and magnetic numbers. The obtained results are compared with the data given in the previous literature. © 2011 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2012