冷表面上結霜現象的理論與實驗研究.pdf

1、北京工業(yè)大學博士學位論文冷表面上結霜現象的理論與實驗研究姓名：王皆騰申請學位級別：博士專業(yè)：熱能工程指導教師：劉中良20080501北京T業(yè)大學丁L學博七學位論文而是以過冷態(tài)繼續(xù)保持液態(tài)的形式，只有達到一定的過冷度且經過一定的過冷時問后才能發(fā)生明顯相變。凍結時水滴的透明性喪失與水滴溫度迅速回升至三相點附近這一過程同時發(fā)生。黏附于熱電偶上并置于冷空氣中的水滴凍結前最大過冷度可達到了一17。C，凍結會使水滴向溫度較高的地方凸起。冷銅表面上水

2、滴相變前的最低溫度約為一5～一10。C，水滴凍結時底表面形狀不發(fā)生變化，而在垂直于底表面方向上發(fā)生明顯生長，水滴凍結末期在水滴頂部形成明顯的乳狀凸起，呈一個類似桃子尖部的形狀，其根本原因是由于凍結時的體積膨脹和凹形的等溫面共同作用所致。建立了基于相變動力學的描述水滴凍結過程的數學模型并進行了數值模擬該模型綜合相變動力學、傳熱學理論，首次將化學反應動力學理論引入水滴凍結的相變過程，建立了水滴凍結的相變動力學模型，不僅可以描述水滴的凍結，而

3、且能夠描述冷表面上水滴凍結時伴隨的形狀變化。模擬結果與實驗結果基本符合。以模擬結果為基礎研究了水滴凍結后的表面曲率。實驗研究了霜晶體初始階段的生長規(guī)律以及冷表面溫度和空氣濕度的影響，觀察發(fā)現所謂的柱狀生長實際上是水滴凍結時所形成的凸起上的霜晶生長，低倍顯微鏡下觀察其外形類似一個冰柱本文從霜層的基本單元——霜晶體著手，研究霜的生長規(guī)律，分析了不同形態(tài)霜晶體的成因，通過實驗測定了不同條件下單個霜晶體的尖端生長速度，由于凍結水滴凸起處具有很大

4、的表面曲率，因此在霜生長初期，這一位置上霜晶體生長速度明顯快于其它位置，從而在該處形成一個冰柱。通過詳盡的實驗觀察、深入的相變動力學分析及凍結水滴表面的曲率變化，證實造成這一現象的原因是表面凸起的尺寸非常小，接近成核的臨界尺寸，使得這一表面凸起成為事實上的核化中心，從而大大降低了相變能量勢壘，冷表面其它位置也有細小的冰柱產生，只是其大小遠小于水滴頂部。建立了霜晶體生長的相場法模型并進行了數值模擬本文以液／固晶體生長的相場法理論為基礎，適