【摘要】：結(jié)霜現(xiàn)象廣泛存在于制冷、低溫工程、航天航空等領(lǐng)域,霜層的存在帶來諸多不利的影響。輕者會造成室內(nèi)停電,空調(diào)制冷、制熱失效等故障,重者會引起輸電線路倒塌、飛機墜機等事故。因此,提高物體表面的抗霜性能是保證設(shè)備安全高效運行的有效方式。疏水表面的制備可以從以下兩個方面入手:一方面是通過一定的物理、化學(xué)或生物的方法使材料表面具有微納米孔結(jié)構(gòu);另一方面是在材料表面涂有低表面能的涂層來改變材料表面性能。本文的試片是通過二次陽級氧化法制備的不同孔徑的AAO(Anodic Aluminum Oxide,又稱多孔陽極氧化鋁)模板,選用了一種普通拋光鋁板(以下簡稱樣品1)和孔徑分別為30nm,90nm,200 nm,300 nm,400 nm(以下簡稱樣品2,樣品3,樣品4,樣品5,樣品6)的五種微納米孔鋁板做為試驗試片,通過表面接觸角測試儀測量出它們的接觸角。課題組研制了結(jié)霜測試裝置來觀察樣品表面的霜層形貌特征,測試裝置由半導(dǎo)體制冷片、溫濕度環(huán)境控制小室、溫濕度測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)碼顯微鏡等組成。測試試樣放置在一個溫濕度恒定的環(huán)境控制小室內(nèi)(Te=22℃,相對濕度φ=60%),小室內(nèi)無空氣流動。第一次試驗選用的材料為樣品1、樣品2和樣品6,制冷片冷表面的溫度設(shè)置為-10℃,通過對表面結(jié)霜過程的實時觀測,并對不同樣品表面結(jié)霜過程的形貌變化進行拍攝,獲得不同表面凝露、霜晶出現(xiàn)和霜晶覆蓋等代表性時段的時間節(jié)點。從測試結(jié)果可知:樣品1表面的霜層形狀呈球狀→針狀→片狀進行演變;樣品2表面的霜層形狀的演變過程是橢圓狀→針狀;樣品6表面的霜層形狀的演變過程為珠狀→絮狀→無規(guī)則狀,測試結(jié)果顯示不同樣品表面的霜層形狀的演變過程差異較大,這主要是由于其表面微孔結(jié)構(gòu)差異所造成的。從結(jié)霜延緩時間來看,樣品1表面凝露、霜晶出現(xiàn)和霜晶覆蓋的時間分別為2min、3min和15 min,樣品2表面凝露、霜晶出現(xiàn)和霜晶覆蓋的時間分別比樣品1延緩了約1min、4min和3min,而樣品3相對于樣品1的延緩時間分別為13 min、7 min和15min。對于微納米孔鋁板表面的抑霜性能試驗,本文主要研究了空氣流動方式、空氣溫度、空氣相對濕度三個因素對微納米孔鋁板表面抑霜性能的影響。試驗在可編程式恒溫恒濕控制箱內(nèi)完成,結(jié)霜量采用電子天平進行測量。測試結(jié)果表明:樣品5的抗霜效果最好,但其疏水性能并不是最好,反映出樣品表面結(jié)構(gòu)的對其抗霜性能和疏水性能存在著不同的影響機制。測試結(jié)果表明:當(dāng)環(huán)境溫度在-5℃~-25℃范圍內(nèi)、相對濕度為φ=60%時,各樣品表面相對樣品1表面的平均結(jié)霜量減少率分別為36.98%、33.83%、26.54%、22.19%和16.93%;當(dāng)環(huán)境溫度在-5℃~-25℃范圍內(nèi)、相對濕度為φ=75%時,各樣品表面相對樣品1的平均結(jié)霜量減少率分別為37.24%、28.24%、22.67%、21.04%和14.53%;當(dāng)環(huán)境溫度在-5℃~-25℃范圍內(nèi)、相對濕度為φ=90%時,各樣品表面相對樣品1的平均結(jié)霜量減少率分別為15.73%、15.06%、9.57%、0和0。測試結(jié)果反映出環(huán)境溫度相同時,各樣品表面的結(jié)霜量隨著相對濕度的增大而逐漸增大。在環(huán)境相對濕度為φ=60%,風(fēng)速為0.25m/s、0.5m/s、0.75m/s和1.0m/s工況下,各表面相對無空氣流動(無風(fēng)速)工況下的結(jié)霜量在不同溫度下的平均結(jié)霜量減少率分別為:11.77%、23.24%、30.48%和39.07%。測試結(jié)果反映出隨著環(huán)境風(fēng)速的增大,各樣品表面的結(jié)霜量逐漸減小,這主要是由于環(huán)境空氣流動所引起的對流蒸發(fā)及換熱對樣品表面結(jié)霜造成一定的破壞,從而降低其表面結(jié)霜量。在上述試驗測試的基礎(chǔ)上,本文還根據(jù)微納米孔鋁板表現(xiàn)出的延緩結(jié)霜時間和抗霜性能,分別從液滴成核密度和吉布斯自由能方面分析了不同樣品表面的疏水和抗霜機理,并采用表面水蒸氣的凝結(jié)和吸附理論分析了樣品表面結(jié)構(gòu)對霜層形貌的影響。同時采用多孔介質(zhì)分形理論對微納米表面結(jié)構(gòu)進行分析,摸清了樣品表面微孔結(jié)構(gòu)的分形維數(shù)與其抗霜性能的關(guān)系。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.4

【參考文獻】

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本文編號：2431888