本文關鍵詞：超低溫表面上結霜現(xiàn)象的實驗研究

  更多相關文章： 結霜 超低溫表面 自然對流 液態(tài)空氣 不均勻性 超疏水

【摘要】：結霜現(xiàn)象廣泛存在于低溫工程、冰箱、空調系統(tǒng)和航天工業(yè)等領域。在過去的幾十年里,人們對結霜現(xiàn)象和結霜機理的研究多停留在普通低溫階段(≥-30℃),而對超低溫表面(≤-100℃)的結霜研究卻少之又少。為此,本文利用自主設計的超低溫結霜實驗臺,進行了一系列超低溫表面結霜現(xiàn)象的實驗研究。著重對自然對流條件下冷板水平和豎直放置時超低溫表面的結霜現(xiàn)象,尤其是結霜前期的實驗現(xiàn)象和結霜機理進行了系統(tǒng)的研究。另外,大量的研究表明,霜層在低溫設備上的大量堆積,往往會給系統(tǒng)和設備的運行帶來巨大的危害,因而人們開發(fā)出了很多抑霜控霜的技術,例如通過表面改性制成的親水或者疏水表面,并應用到各類換熱器表面,都取得了不錯的抑霜效果。然而這些抑霜效果的取得都是在普通低溫表面上完成的,而對于超低溫情況下的抑霜效果,并沒有進行實驗研究。本文的另外一項工作,就是通過化學刻蝕的方法,制備不銹鋼基的超疏水表面,并進行超低溫超疏水表面的結霜實驗,通過對超低溫超疏水表面結霜性能的研究,進而探索超疏水表面在超低溫情況下的抑霜可能性。通過大量的超低溫結霜實驗,我們發(fā)現(xiàn),在冷板水平放置時,當冷表面的溫度低于-165℃時,最先在冷表面形成的是液態(tài)空氣,然后才是霜晶,而且這種液態(tài)空氣屬于富氧空氣,用帶火星的紙條接近它,紙條會迅速燃燒起來。這是結霜領域首次發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象。通過進一步觀察,發(fā)現(xiàn)在液態(tài)空氣上形成的霜晶不是靜止的,相對于液態(tài)空氣而言,它們會相對彼此游動。另外,對冷表面溫度、空氣相對濕度和空氣溫度對霜層生長的影響規(guī)律做了大量的研究,發(fā)現(xiàn)隨著冷表面溫度的降低,霜層厚度也隨之降低,這與普通低溫下,冷表面溫度對霜層厚度的影響作用完全相反,而隨著相對空氣濕度和空氣溫度的增加,霜層厚度會隨之增加,這與普通低溫下,兩者對霜層厚度的影響作用是一致的。同樣,我們對冷板豎直放置下的超低溫結霜現(xiàn)象進行了研究,發(fā)現(xiàn)在冷板豎直放置時,當冷表面溫度低于-165℃時,冷表面上也會出現(xiàn)液態(tài)空氣,但與水平放置時相比,由于重力的影響,液態(tài)空氣會很快滾落冷表面,液態(tài)空氣在冷表面的持續(xù)時間只有幾分鐘左右。當液態(tài)空氣消失以后,冷表面開始長霜,但在自然對流條件下,超低溫表面的霜層生長表現(xiàn)出了強烈的不均勻性,霜層會首先在冷表面的上邊緣形成,然后逐漸向下推進生長,而且在霜層向下生長的過程中,未被霜層占據(jù)的裸露部分會保持不結霜。霜層的這種不均勻性生長現(xiàn)象完全不同于普通低溫時冷表面的結霜現(xiàn)象,與水平放置時的超低溫表面結霜現(xiàn)象也不相同。最后我們進行了自然對流超低溫超疏水表面的結霜實驗,發(fā)現(xiàn)在超低溫情況下,在整個結霜過程,超疏水側的霜層厚度和霜晶形態(tài)與普通不銹鋼側基本上是一樣的,也就是說超疏水表面在自然對流超低溫情況下基本沒有抑制結霜的性能。所以未來我們需要從其它技術入手,探索新的超低溫情況下的抑霜技術。
【關鍵詞】：結霜 超低溫表面 自然對流 液態(tài)空氣 不均勻性 超疏水
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB6;TK124
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 引言11-13
• 1.2 結霜現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 成霜過程和結霜機理的研究13-16
• 1.2.2 霜層結構的物理模型和霜層生長的數(shù)學模型的研究16-17
• 1.3 冷表面特性對結霜現(xiàn)象影響的實驗研究17-18
• 1.4 結霜研究存在的問題及本文的研究內容18-21
• 1.4.1 結霜研究存在的問題18-19
• 1.4.2 本文的研究內容19-21
• 第2章 水平放置超低溫表面上自然對流結霜現(xiàn)象的實驗研究21-51
• 2.1 引言21
• 2.2 超低溫結霜實驗臺的搭建21-25
• 2.3 實驗方法和過程25
• 2.4 冷表面溫度的變化情況25-27
• 2.5 水平放置超低溫表面的結霜現(xiàn)象27-34
• 2.6 水平放置主要因素對超低溫表面霜層生長的影響34-48
• 2.6.1 冷表面溫度對霜層生長的影響34-44
• 2.6.2 相對空氣濕度對霜層生長的影響44-46
• 2.6.3 空氣溫度對霜層生長的影響46-48
• 2.7 本章小結48-51
• 第3章 豎直放置超低溫表面上自然對流結霜現(xiàn)象的實驗研究51-87
• 3.1 引言51
• 3.2 實驗方法和過程51-52
• 3.3 冷表面溫度的變化情況52-53
• 3.4 豎直放置時超低溫表面的結霜現(xiàn)象53-59
• 3.5 豎直放置時主要因素對超低溫表面霜層生長的影響59-76
• 3.5.1 冷表面溫度對霜層生長的影響59-73
• 3.5.2 相對空氣濕度對霜層生長的影響73-74
• 3.5.3 空氣溫度對霜層厚度的影響74-76
• 3.6 豎直放置時主要因素對霜層沿冷板豎直方向生長的影響76-83
• 3.6.1 冷表面溫度對霜層沿冷板豎直方向生長的影響77-79
• 3.6.2 相對空氣濕度對霜層沿冷板豎直方向生長的影響79-81
• 3.6.3 空氣溫度對霜層沿冷板豎直方向生長的影響81-83
• 3.7 霜層不均勻性生長出現(xiàn)的臨界溫度83-85
• 3.8 本章小結85-87
• 第4章 自然對流超低溫超疏水表面上的結霜實驗研究87-97
• 4.1 引言87
• 4.2 超疏水表面的制備87-90
• 4.2.1 制備過程87-88
• 4.2.2 制備效果88-90
• 4.3 自然對流條件下超疏水表面與普通不銹鋼表面結霜過程的對比90-96
• 4.3.1 實驗過程90-91
• 4.3.2 實驗現(xiàn)象和結果91-96
• 4.4 本章小結96-97
• 結論與展望97-99
• 參考文獻99-103
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文103-104
• 致謝104

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