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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

微机电系统中的矩形通道内微气泡控制生长

采用微机电系统（MEMS）硅加工工艺,设计、加工出了6种不同规格的实验用微气泡控制生长MEMS器件;构建了MEMS器件中微气泡控制生长实验系统并完成了实验,讨论了热负荷、微加热元宽度、微通道截面参数、工质流速及物性参数等对微气泡生长的影响。结果表明：同等实验条件下,加热电压幅值越高,微气泡生长速率越快;加热脉冲宽度仅对微气泡形成后的进一步生长有影响;加热条件相同的前提下,微加热元宽度越大,气泡成核所需的时间越短、微气泡生长速率越快;微通道宽度一定且高宽比大于1的条件下,高宽比越小,后期微气泡生长速率越慢;微流体的流速越高,微气泡生长始点越晚、生长速率也越低。相同实验条件下,R113、FC-72、去离子水三者中,R113中微气泡生长始点最靠前、生长速率最快,去离子水中微气泡生长最靠后、生长速率最慢。     

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。     

结霜下空温式深冷翅片管传热特性

翅片管的传热特性决定着液化天然气(LNG)空温式气化器的气化性能，且管外表面结霜对传热特性的影响不可忽略。以空温式深冷翅片管为研究对象，建立翅片管空气侧传热模型，引入霜层物性参数经验公式，探究霜阻随风温与气化时间的变化规律，采用流体体积函数(VOF)多相流模型捕捉翅片管内气液两相区的流型，模拟分析结霜结露工况下翅片管内流动沸腾传热过程，研究单根翅片管管内外流固耦合传热机理。结果表明：强制通风下，当送风温度为273 K时，翅片管持续气化运行15 000 s,霜层厚度为10.8 mm,天然气出口温度为267.2 K;提高送风温度，有利于翅片管持续稳定运行；管内气相区长度随着送风温度的降低而降低，其占总管长的比例从303 K时的75%降低到了273 K时的35%;随着LNG入口流速的增大，管内流体传热系数提高且提前达到峰值，但达到0.8 m/s时管内出现传热恶化，导致液态天然气气化不完全，需选取合理的入口流速值。     

铝基超疏水表面抗结霜特性研究

采用化学刻蚀法,在铝基的表面构建了纳米-微米混合的粗糙结构。化学刻蚀后的粗糙表面经过氟硅烷(FAS)修饰,形成了接触角大于155°的超疏水表面。在过冷环境中,利用加湿器提供微小雾滴进行了铝棒和铝片表面的结霜实验。实验过程中对比了超疏水铝表面、疏水铝表面和普通铝表面上的结霜量。结果表明,超疏水铝表面在抑制结霜方面优于普通铝表面,接触角的大小对抑制结霜也有很大影响,接触角越大抑制效果越明显,并且超疏水铝表面的疏水性能易于恢复。在现实生活中,超疏水表面对于降低输电线缆表面的覆霜积聚速率和重量有重要的意义。     

空温式翅片管气化器冷热流体传热特性仿真研究

空温式翅片管气化器通过吸收周围环境的热量使管内低温液体气化,其壁面温度低于附近湿空气冰点时会引起翅片表面结霜问题,严重影响低温系统正常工作。为探究翅片管内、外冷热流体对表面结霜影响的基础科学问题,采用Fluent软件对空温式翅片管气化器冷热流体的传热特性进行数值模拟,获得了翅片管内、外冷热流体与翅片壁面温度分布关系,研究了翅片管内低温液体入口流量和管外吹风速度对其传热特性的影响。结果表明:在管外自然对流条件下,翅片壁面温度沿管内低温液体流动方向(由下往上)逐渐升高,随翅片管内低温液体入口流量的降低而升高;管外向下进口风速为2.0m/s时,与自然对流条件相比,翅片壁面平均温度升高了约17K。     

析湿工况下亲水层对波纹翅片管换热器空气侧特性的影响分析

对附带亲水层和没有附带亲水层的波纹翅片管换热器在析湿工况下的空气侧特性进行了实验研究,分析了亲水层对空气侧换热和压降特性的影响。实验表明,当翅片表面凝结出的水滴较少,不能形成水流时,亲水层能够增强空气侧的换热。而当翅片表面凝结出大量的冷凝水并形成水流流动时,亲水层反而减弱空气侧的换热。亲水层对降低空气侧的压降则有显著作用,降低的最大值可达到44%。开发了带亲水层与不带亲水层波纹翅片管换热器析湿工况下空气侧的换热系数比和压降比关联式,平均误差分别为9.9%和8.2%,在±15%误差范围内分别能涵盖76.6%和82.8%实验数据。     

主盐的质量浓度与电流密度对滚镀体系沉积速率的影响

正影响沉积速率的因素有很多,如主盐的质量浓度、镀槽温度、电流密度、配位剂和添加剂的质量浓度、金属基体表面状态及搅拌等。在允许的操作范围内,主盐的质量浓度越高,沉积速率越快;镀槽温度越高,沉积速率越快;电流密度越大,沉积速率越快;配位剂的质量浓度越低,沉积速率越快;氢在金属基体表面的过电位越低,越容易在金属表面沉积。下面探讨主盐的质量浓度和电流密度对滚镀体系沉积速率的影响。电镀时,电化学极化和浓差极化是同时存在的,     

边缘磷矿酸浸液制备氢氧化镁影响因素探讨

以富镁酸浸滤液为原料,选择合适的表面活性刺,采用氨水沉淀法制备氢氧化镁.以氢氧化镁的平均粒径为考察目标,通过单因素实验,分别考察了反应温度、表面活性剂用量、氨水通人速度、反应时间等因素对氢氧化镁平均粒径的影响.实验结果表明:温度越低,表面活性剂用量越大,氨水通人速度越快,氢氧化镁的平均粒径越小;随着反应时间的延长,平均粒径先增大后减小.