抑制結(jié)霜的實(shí)驗(yàn)研究和霜層生長(zhǎng)的模擬與預(yù)測(cè).pdf

1、結(jié)霜現(xiàn)象廣泛存在于制冷和低溫設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)其穩(wěn)定工作造成不同程度的危害。除霜并不能從根本上解決問(wèn)題，且現(xiàn)有的除霜方法都是以大量能耗為代價(jià)的。要從根本上解決該問(wèn)題，就必須從霜層生長(zhǎng)的機(jī)理出發(fā)，研究抑制結(jié)霜的方法。本文針對(duì)不同表面霜層的生長(zhǎng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究及理論分析，在此基礎(chǔ)上建立了霜層生長(zhǎng)的模擬與預(yù)測(cè)模型。通過(guò)改變物體表面特性來(lái)改變霜層生長(zhǎng)的規(guī)律，研究抑制霜層生長(zhǎng)的方法。 論文對(duì)不同表面結(jié)霜的初始形態(tài)進(jìn)行了顯微觀測(cè)，并采用吸附

2、理論及布朗凝并的機(jī)理對(duì)結(jié)霜初期空氣中的水分子的凝結(jié)．凝固過(guò)程進(jìn)行了理論分析。研究表明疏水性表面上液滴凝并的速度隨相對(duì)濕度、環(huán)境溫度的增大而加快，而隨冷表面溫度的降低而變快。增大接觸角有利于加快液滴的凝并，延緩液滴凍結(jié)的時(shí)間。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到了疏水性表面上液滴開(kāi)始凝固的時(shí)間與其影響因素之間的關(guān)聯(lián)式： 在不同的環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和冷表面溫度下，對(duì)疏水性涂層和無(wú)涂層表面霜層的生長(zhǎng)進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)量了兩種表面上霜層高度和霜沉積

3、量隨時(shí)間的變化關(guān)系。并從成核驅(qū)動(dòng)力、成核勢(shì)壘等方面對(duì)疏水性表面抑制結(jié)霜的機(jī)理進(jìn)行了理論分析。研究表明疏水性涂層表面有較好的抑霜效果，能夠延緩霜晶出現(xiàn)的時(shí)間，且使得結(jié)霜量減少；涂層厚度對(duì)結(jié)霜影響不大，為了減小涂層對(duì)金屬表面換熱的影響，疏水性涂層應(yīng)該越薄越好。通過(guò)理論分析和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納，得到了結(jié)霜初期不同表面霜層高度與其影響因素之間的關(guān)聯(lián)式： 對(duì)吸水性涂層抑制結(jié)霜的效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究及理論分析，表明涂抹吸水性涂層后結(jié)霜時(shí)間推遲，結(jié)

4、霜量以及霜層高度都較普通表面要少，且增加涂層的厚度有利于增強(qiáng)抑制結(jié)霜的效果。通過(guò)對(duì)不同涂層的抑霜機(jī)理及抑霜能力的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在低溫低濕的工況下，吸水性表面抑制結(jié)霜效果更明顯，而在高溫高濕的工況宜采用疏水性涂層來(lái)抑制霜層的生長(zhǎng)。 論文采用層固含率和列固含率的方法對(duì)不同表面上霜晶的分布進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)表面改性后不僅使結(jié)霜量大大減少了，還使得霜晶分布稀疏，結(jié)霜初期呈翅片狀，初期霜晶的分布還延緩了后期霜層的繼續(xù)生長(zhǎng)；吸水性涂層上形成的霜

5、層還具有霜柱中霜晶分布不均勻的特點(diǎn)，成倒立狀，與表面接觸面較小，易于脫落。 在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，論文從理論上給出了生長(zhǎng)概率隨其影響因素之間的變化規(guī)律。結(jié)合一維隨機(jī)生長(zhǎng)模型，并通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)的方法，得到了模型中水分子在底表面和空間成核概率的表達(dá)式： 通過(guò)對(duì)成核概率參數(shù)的控制，得到了霜層生長(zhǎng)的模擬模型。從層固含率隨霜層高度變化的對(duì)比可以看出，模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)霜情況基本吻合，能夠直觀地模擬不同工況、不同表面在不同時(shí)刻的結(jié)霜情況，