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.     

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.     

疏水表面改性在换热器抑霜上的实验研究

对分体式空调室外换热器翅片管表面进行了疏水改性处理并搭建了可视化的结霜测试平台,在干、湿球2℃/1℃环境工况下测试了改性后和常规换热器翅片表面结霜、除霜及融霜过程的性能。实验表明疏水纳米涂层翅片表现出一定的抑霜效果:其液滴冻结时间延后、霜层薄且疏松、除霜周期延长、化霜时间缩短,但抑霜效果会在结霜后期减弱且融霜后翅片上存在残留液滴。而对于未处理的亲水裸铝翅片:其霜层冻结快、霜层较为致密、结霜程度较严重,但融霜后排液效果好。     

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。     

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。     

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。     

电场作用下竖直板表面特性对霜层生长的影响

研究了自然对流条件下直流电场对竖直表面上霜晶初始形态的影响，拍摄了不同电场下的霜晶形态，研究发现，在成霜初期，电场越强，冷壁面上形成的水珠越小。当水珠完全冻结后，所形成的冰柱在一定时间内不断增大。在适当的电场下，亲水表面比裸铜表面能够更好地抑制霜层的厚度。对亲水表面结霜质量的研究表明，电场使结霜质量增加，并且结霜质量随着电场的增大而增大。     

铜表面的纳米结构制备及其浸润性研究

通过水热法在铜表面成功制备了一层具有纳米机构的超亲水薄膜,其表面的接触角可达到6°。随后用氟硅烷对其表面进行修饰,使表面由超亲水变成了超疏水,接触角达到了156°,滚动角小于10°。用扫描电镜、接触角测量仪、X射线衍射仪等技术对超疏水表面进行了表征和分析。X射线衍射分析表明,铜表面的片状结构为氧化铜。扫描电镜对铜表面形貌观察显示,温度、反应时间对表面的形貌影响比较大。片状结构之间的空隙和低表面的修饰是导致超疏水性能的主要原因。将铜超疏水表面放在不同高度的水底一段时间,取出后对其接触角进行测量,结果发现超疏水性能消失,接触角变小。     

石蜡断面超疏水机理的探究及其在油水分离方面的应用

实验发现石蜡断面具有良好的超疏水性能,石蜡断面的水滴接触角达到152.4±3°,石蜡外表面水滴接触角为108±3°.利用铜网在石蜡表面复制其断面形貌,可快速制备大面积超疏水石蜡表面,接触角高达162.4±3°,滚动角小于3°.利用此超疏水石蜡表面设计出一种自动油水分离装置,可实现油水连续分离,收集正己烷速率可达0.67mL/s.扫描电子显微镜(SEM)观察发现石蜡断面粗糙度很高且存在较多连续和非连续的晶区,而石蜡外表面较光滑.扫描差示量热仪(DSC)和X射线衍射(XRD)证明石蜡具有一定的熔限和较高的结晶度.偏光显微镜(POM)观察石蜡熔体的冷却过程,发现冷却过程中有大量不同尺寸的结晶产生.实验结果表明:石蜡断面和石蜡外表面的超疏水性差别较大的原因在于断面具有较高的粗糙度,而外表面粗糙度较低,断面的高粗糙度来自于石蜡内部存在大量的连续晶相和非晶相.当石蜡断裂时,晶相一方面充当了应力集中点,导致断面出现不规则的裂纹;另一方面,晶相充当了微纳尺度的“填料”;晶相和非晶相在断裂面的凸起也会导致断面粗糙度高.     

空气源热泵蒸发器表面霜层生长特性实验研究

在室外环境空气温度-15℃~5℃、相对湿度65%~90%范围内,对一台空气源热泵室外换热器表面霜层生长特性及热泵系统动态性能进行了实验研究。实验结果表明,翅片表面霜层厚度呈分段增长模式,在结霜初始段,霜层主要由粒状冰晶组成,并逐渐形成柱状冰晶,其厚度增长较快;在第二阶段为柱状冰晶主要在其半径方向生长,霜层厚度增长速度减慢;而在第三阶段,柱状冰晶主要在其高度方向生长,逐渐形成针状冰晶,霜层厚度增长速度迅速增大至第二阶段的3~5.8倍。对实验结果的分析表明,热泵机组性能恶化主要是由于蒸发器表面温度下降、霜晶形态变化引起霜层厚度快速增长及空气流动阻力增加导致风机流量下降三个因素之间形成的恶性循环所致,其中换热器表面温度下降引起的霜晶形态变化起到了至关重要的作用。     

Frost growth around a cylinder in a wet air stream

This paper describes a two-dimensional model which permits the evaluation of the local properties during the frost formation. To achieve this objective it is necessary to know the local coefficients of heat and mass transfer which were determined by solving the flow, temperature and humidity fields. To solve the flow field, the governing equations were developed in terms of the stream and vorticity functions. A numerical solution is obtained for low Reynolds number up to 400. With the flow field solved, the temperature and humidity fields are determined and hence the local heat and mass coefficients. These coefficients were then used in the solution of a two stage model for frost formation permitting the prediction of the local frost properties around the cylinder such as density, thickness and temperature.     

洁净空调机组防冻保护自动控制装置的改进

通过对典型的洁净空调系统中带防冻保护自动控制装置的空调机组盘管层流结冰冻裂事故的分析,提出增加小容量电加热器保护装置的改进方法来达到有效的防冻保护,降低财产损失.     

冷库建筑地基冻胀问题及对策

地基冻胀是冷库建筑设计和施工中必须慎重考虑的主要问题，并就冻胀产生的原因、冻胀对冷库的危害、防止冻胀的措施进行了阐述。     

除湿系统中直接蒸发式表面冷却器在结霜工况下的设计计算

本文分析了除湿系统中直接蒸发式表面冷却器在结霜工况下的换热特性 ,特别是结霜速度、结霜时间以及结霜时的换热计算。通过计算机模拟 ,得出了有实用价值的计算方法     

自然对流下强吸水表面上结霜特性的研究

在自行研制的强吸水表面上进行了结霜实验研究,测得了其上的霜表面温度随时间的变化情况,并与普通金属表面上的进行了对比.进行了不同实验条件下吸水表面上霜厚的测量,与普通金属表面进行了对比,研究了涂层厚度对结霜的影响.结果表明,这种涂层在较易结霜的实验条件下可使初始霜晶出现时间延迟555分钟左右,在低于冰点的一定范围内,初始霜晶出现可延迟3小时以上;并且霜厚减少可达40%以上,霜层疏松,在外力的作用下很容易除去.涂层越厚,吸水能力越强,抑霜作用也就越明显.     

矿物掺合料对地聚合物抗冻性能的影响

以碱激发偏高岭土制备地聚合物混凝土,分别研究了掺入15%的钢渣、矿渣或粉煤灰的地聚合物混凝土的力学抗压强度和抗冻性能,测试了地聚合物混凝土的真空饱水体积吸液率,运用XRD、SEM和DSC-TG等测试方法分析了矿物掺合料对地聚合物微观结构和水化产物的影响。结果表明:钢渣或矿渣能有效提高地聚合物混凝土的抗压强度,而粉煤灰的掺入使其强度稍有降低;地聚合物表观形貌中存在较多的孔洞和微裂缝导致其抗冻性能较差,掺入钢渣或者矿渣后地聚合物形成了新的产物C-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶等并填充在结构中形成更加密实的板状结构,降低了地聚合物混凝土冻融破坏速率,五次冻融循环后地聚合物的相对强度均在90%以上,抗冻性能得到提高;粉煤灰降低了制备地聚合物混凝土的用水量且未水化的粉煤灰颗粒镶嵌在结构中增加了其密实性和抗冻性能,五次冻融循环后相对强度为86.9%,基准组的相对强度仅为79.7%。     

高压电场下自然对流蒸发器结霜的试验研究

为研究高压电场下自然对流蒸发器表面结霜的过程及电压等参数对该结霜过程的影响，对其在肋片式换热器的结霜过程进行微细观可视化研究。试验中，在冷表面Tw=-14℃，湿空气温度为15℃至20℃，相对湿度为20％～90％，静电场电压为0-40kV范围内，受高压不均匀电场的作用，换热器铜管表面的结霜分布不均匀，高压电场有明显抑制结霜的作用。     

翅片管式换热器表面结霜特性的数值分析和实验研究

换热器表面结霜会增加传热热阻和流动阻力，为合理确定融霜周期，必须对其结霜特性作深入的了解。文中采用了数值求解方法预测了平翅翅片管式换热器的结霜量和霜层密度的变化过程。翅片管结霜是一个瞬变问题，为了计算方便，将其简化为准稳态过程，即在时间步长内，认为该过程是稳定的，然后把所得的霜层厚度以及霜层的表面温度作为下一时间步长内传热传质的边界条件。在研究中考虑了霜层阻力引起风量下降这一因素，模型的计算结果与翅片管式换热器结霜的实际工况相符。     

霜层生长过程中的导热模型

在逾渗理论的基础上,对霜层的导热系数进行分析.现有研究表明由于冰晶体的不断生长,会形成不同的集团,当在霜层中形成大的连通集团的时候,霜层导热系数的上升速度会突然加快.在此基础上提出了基于逾渗理论的导热模型,并采用数值模拟的方法验证了上述过程.以临界点为分界线,分别导出了霜层生长过程中,不同孔隙率下的导热系数的通用数学表达式.与其他导热模型的结果比较表明,本模型更加符合实际,并且有较大的使用范围.