結(jié)霜現(xiàn)象廣泛存在于工業(yè)生產(chǎn)生活中。換熱設(shè)備結(jié)霜后,會產(chǎn)生很多危害,例如降低傳熱性能,堵塞氣體通道,增加阻力和能耗等,但是結(jié)霜的發(fā)生往往是不可避免的,因此充分了解結(jié)霜機理,探究霜層的生長規(guī)律,找到有效地抑制結(jié)霜的方法對于工程應(yīng)用至關(guān)重要。目前學(xué)者們主要針對冷壁面溫度≥-30℃,相對濕度為40%~80%的條件下進行結(jié)霜現(xiàn)象和機理的研究,而對很多工業(yè)生產(chǎn)中相對濕度低于40%,冷表面溫度低于-30℃條件下,空氣中水蒸氣直接在冷表面凝華結(jié)霜現(xiàn)象的研究較少。對于疏水表面的抑霜效果及不同特性表面上霜晶的演變過程也未充分揭示。因此,本文利用微觀可視化觀測方法,實驗研究了低相對濕度條件下,裸鋁和疏水表面上的結(jié)霜過程,探究疏水表面的抑霜特性;對裸鋁(接觸角78°)、疏水(接觸角141°)和親水(接觸角26°)三種特性表面初始霜晶的形態(tài)進行了分析對比。針對低于普溫(-30℃)結(jié)霜條件下冷表面結(jié)霜現(xiàn)象的研究的不足,本文的另一項研究重點是對低相對濕度、不同風(fēng)速條件下,探究不同表面溫度的冷表面上的結(jié)霜特性。研究結(jié)果表明在低的相對濕度條件下,疏水性表面仍具有很好的抑霜效果,可以有效延緩霜的形成和生長,并且疏水表面上的霜層比裸鋁表面上更加疏松。實驗表面溫度為-10℃時,相比于裸鋁表面,疏水表面可以延遲結(jié)霜30min;當(dāng)溫度進一步降低為-18℃,實驗進行一個小時,疏水表面上的霜層厚度僅為裸鋁表面上霜層厚度的68%。且在相同條件下,疏水表面上過冷水滴存續(xù)時間更長。實驗發(fā)現(xiàn)表面溫度為-26℃時,三種不同接觸角的表面上初始霜晶的形態(tài)差異較大,疏水表面傾向于形成更加稠密的沿水平方向生長的枝狀霜晶并向片狀轉(zhuǎn)變,而親水表面則傾向于形成沿豎直方向生長的稀疏的針狀霜晶。本文還對表面溫度低于-30℃條件下冷表面結(jié)霜現(xiàn)象進行了實驗研究,實驗發(fā)現(xiàn)即使在較低相對濕度的情況下,初始霜晶的形態(tài)都近似為羽毛狀或枝狀,沒有出現(xiàn)針狀或棒狀;初始霜晶的生長方式主要保持霜晶初始形狀向上一維的生長,且并沒有新的霜晶在冷表面形成。初始霜晶的生長過程中,其間距并沒有發(fā)生明顯減少。研究發(fā)現(xiàn),降低冷表面的溫度,霜層厚度顯著增加,但冷表面結(jié)霜質(zhì)量變化不大;隨著空氣流速的增加,霜層厚度并沒有明顯的增加,但霜層密度增加顯著。即使在風(fēng)速從0.25m/s增加到0.5m/s的條件下,霜層的厚度也沒有明顯地增加。這意味著在這種有利于凝華結(jié)霜條件下,霜層厚度增長的臨界空氣流速是非常小的。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB611
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 結(jié)霜現(xiàn)象
        1.1.2 結(jié)霜現(xiàn)象的危害
        1.1.3 除霜和抑霜
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 結(jié)霜現(xiàn)象研究
        1.2.2 實驗研究現(xiàn)狀
        1.2.3 霜層物性測量與計算方法研究現(xiàn)狀
        1.2.4 除霜和抑霜方法的研究現(xiàn)狀
    1.3 主要工作
2 實驗設(shè)備及實驗方法
    2.1 實驗設(shè)備
        2.1.1 實驗系統(tǒng)介紹
        2.1.2 實驗表面的制備過程
    2.2 實驗測量方法
        2.2.1 實驗溫、濕度的測量方法
        2.2.2 霜層厚度的測量方法
        2.2.3 霜層質(zhì)量測量和密度的計算方法
    2.3 本章小結(jié)
3 自然對流條件下不同特性表面結(jié)霜特性的研究
    3.1 水滴凍結(jié)實驗
    3.2 兩種特性表面結(jié)霜對比
    3.3 不同特性表面霜晶的初始形態(tài)對比
    3.4 本章小結(jié)
4 低溫條件下冷表面結(jié)霜特性的研究
    4.1 低溫冷表面上初始霜晶的形成
    4.2 不同運行條件參數(shù)對低溫結(jié)霜過程的影響
        4.2.1 冷表面溫度對于霜層厚度的影響
        4.2.2 冷表面溫度對于霜層質(zhì)量和密度的影響
        4.2.3 不同風(fēng)速對霜層厚度的影響
        4.2.4 不同風(fēng)速對于霜層質(zhì)量和密度的影響
    4.3 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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