【摘要】：隨著科技推動社會的不斷進步,冬季到北方賞雪、滑雪逐漸流行了起來,各地的滑雪場地也越來越多,造雪機制雪過程的機理研究開始引起許多學者關注。本文主要從理論基礎、實驗研究、模擬分析三個部分,研究不同因素對造雪過程的影響。理論基礎是分析單個水滴在冷空氣中蒸發(fā)凍結(jié)成雪晶的傳熱傳質(zhì)過程,并建立可實現(xiàn)造雪的最大臨界水滴直徑和環(huán)境溫度及相對濕度的關系;通過自制的造雪機實驗系統(tǒng),研究并分析環(huán)境溫度、氣液混合比、水溫對雪密度的影響;最后通過COMSOL對單個水滴的傳熱傳質(zhì)過程進行多物理場模擬,分析環(huán)境溫度、相對濕度、水滴直徑、水滴初始溫度和風速對水滴相變成雪晶時間的影響。研究發(fā)現(xiàn):1、隨著環(huán)境溫度的增加,雪密度值迅速增加,環(huán)境溫度小于1.1℃時,氣液混合比在0.06時即可造出密度為300 kg/m~3左右的雪;在環(huán)境溫度為3℃時,氣液混合比在0.06時,由于環(huán)境溫度高、水滴較大,造出的雪為漿狀雪,失去了利用價值。2、在環(huán)境溫度為:-1.8℃、-0.5℃、1.1℃、3.0℃,氣液混合比分別為0.2、0.2、0.25、0.25且落雪距離為7m時,雪密度出現(xiàn)最小值,且最小值分別為:131.2 kg/m~3、129.9kg/m~3、133.3 kg/m~3、141.2 kg/m~3,結(jié)果表明在較高環(huán)境溫度,水滴粒徑較小時仍可實現(xiàn)低密度造雪。3、在落雪距離相同時,隨著氣液混合比的增加,雪密度越來越小。在4種不同的環(huán)境溫度下,雪密度值均呈下降趨勢;其中T_a=-0.5℃時雪密度與氣液混合比近似呈線性變化,落雪距離為4m、5m、6m、7m時斜率的絕對值分別為410、253、172、208。4、水溫對雪密度的影響較小,隨著水溫的增加并沒有明顯的變化關系,主要呈波浪式變化,這與模擬結(jié)果吻合較好。5、COMSOL模擬的結(jié)果顯示,從水滴自身因素考慮,水滴初始直徑對凍結(jié)時間的影響較大,水滴初始溫度的影響較小,最大初始溫度(12℃)與最小初始溫度(4℃)之間凍結(jié)時間相差不到0.03s;從外界環(huán)境因素考慮,環(huán)境溫度與相對濕度對水滴凍結(jié)時間的影響較大,風速的影響較小,模型中最大風速(10m/s)和最小風速(2m/s)的凍結(jié)時間相差不到0.02s。故進行造雪作業(yè)時應考慮環(huán)境溫度及相對濕度的影響。
【學位授予單位】：天津商業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB61

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本文編號：2683620