空氣預(yù)冷器是空天飛行器組合發(fā)動機(jī)的核心部件,其優(yōu)劣直接影響整個發(fā)動機(jī)方案的成敗。飛行器高超聲速飛行時,預(yù)冷器需要在極短時間內(nèi)（⁰.01s）將高溫空氣（¹250K）深度冷卻（¹20K）,但當(dāng)空氣中的水蒸氣接觸到超低溫預(yù)冷器細(xì)管時,會立刻結(jié)霜,引起主流壓力損失增大和熱交換量降低。為了保證組合發(fā)動機(jī)吸氣模式下的性能,需要有效抑制空氣冷卻過程中預(yù)冷器的結(jié)霜現(xiàn)象,結(jié)霜問題成為深度預(yù)冷技術(shù)的核心。針對結(jié)霜問題,本研究從研制低粘附涂層角度出發(fā),主要研究內(nèi)容如下:通過兩步法制備了超疏水低粘附涂層,該涂層分為底漆粘結(jié)層和面漆功能層,底漆粘結(jié)層為氟碳樹脂、聚氨酯樹脂和顆粒的混合涂料,面漆功能層為以二氧化硅為主體的超疏水涂料。采用浸漬提拉的方法將涂層涂覆于細(xì)管表面,探究了面漆功能層的涂覆工藝:半固化1h后涂覆,涂覆時下降速度3000μm/s,浸漬時間1min,循環(huán)次數(shù)1次,提拉速度100μm/s。該超疏水低粘附涂層表面水滴接觸角為159.6°,滾動角為3.6°,冰粘附強(qiáng)度為12.5kPa,呈微納米復(fù)合多孔結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出良好的超疏水性,延遲結(jié)冰效... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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SABRE發(fā)動機(jī)示意圖

第一章緒論3圖1-2空氣預(yù)冷器實物圖及示意圖(a)全尺寸空氣預(yù)冷器模塊；(b)空氣預(yù)冷器工作示意圖；(c)銅焊管束局部圖(d)單根微管端口掃描圖；(d)微管壁微觀照片；(f)空氣預(yù)冷過程示意圖1.2.2防/除霜方法的研究現(xiàn)狀目前，民用、軍用的防/除霜方法主要包括物理方法、化學(xué)方法、降低濕度、凈化空氣、外加極性場和改變潤濕性，具體見表1-1。其中，物理方法主要包括自然融霜、電熱融霜[12,13]、氣熱融霜、蒸汽融霜[14]、機(jī)械除霜[15-17]、超聲波除霜[18-20]等，物理方法除霜效率高，環(huán)境污染小，已被廣泛用于大飛機(jī)等航空領(lǐng)域，但是，物理方法也會伴隨能耗高、設(shè)備復(fù)雜、費用高和操作復(fù)雜等缺點�；瘜W(xué)方法主要有噴灑NaCl[21,22]、醇類物質(zhì)[23,24]、及其他低凝固點的溶劑，化學(xué)方法價格便宜，操作簡單，但是對環(huán)境有嚴(yán)重危害。降低濕度主要指降低來流的濕度，即在空氣入口處采用干燥設(shè)備或者干燥劑，使得來流中水分減少，根本上抑制結(jié)霜，凈化空氣也是同樣的道理。外加極性場包括外加電場[25-27]和外加磁場[28]，結(jié)霜是水分子的遷移過程，而水分子具有強(qiáng)極性，故外加極性場可以有效改變水分子的運動從而減少主流水分進(jìn)入。雖然降低濕度、凈化空氣和外加極性場對環(huán)境幾乎無影響，但由于添加系統(tǒng)的必要性，設(shè)備復(fù)雜，成本高，而且技術(shù)尚不成熟，效果不明顯。以上是常用的防/除霜方法，對于超高聲速飛行器發(fā)動機(jī)預(yù)冷器的防除霜，目前報道較多的主要是噴灑醇類物質(zhì)這種化學(xué)方法。日本的ATREX發(fā)動機(jī)就是通過噴灑酒精，以有效阻止預(yù)冷器結(jié)冰，但是由于各種方法各有利弊，目前尚無明確定論。近年來，隨著對表面潤濕性研究的增加，改變潤濕性來防/除霜也逐漸被嘗試和接受，主要包括涂覆超親水涂層[29-31]、疏水涂層[32-36]、超疏水涂層[37

第一章緒論5圖1-3液滴在理想剛性平面上的接觸角示意圖楊氏方程只適用于理想剛性光滑表面，但實際固體表面大都是粗糙不平的。因此，Wenzel[65,66]引入粗糙因子對楊氏方程進(jìn)行修正，修正后的修正后的Wenzel方程如公式（1-2）所示：cosθr=r(γSV-γSL)/γLV=rcosθ（1-2）式（1-2）中，θr是粗糙表觀接觸角，r是表面粗糙因子，即表面實際面積與投影面積的比值。由于r總是大于1，所以一般認(rèn)為粗糙度對潤濕性具有放大效應(yīng)。Wenzel方程適用于親水表面，但對于疏水表面，在較大表面粗糙度下，式（1-2）右邊的絕對值可以大于1，所以等式就不成立�；谶@種情況，Cassie[67]和Baxter提出了Cassie-Baxter模型（如圖1-4）。應(yīng)由Cassie-Baxter公式進(jìn)行計算：cosθr=f1cosθ1+f2cosθ2（1-3）式中θ1、θ2為液滴在兩種成分表面的本征接觸角，f1、f2為表面上單位面積上兩種物質(zhì)所占的表面積分?jǐn)?shù)，且滿足f1+f2=1。這里我們假設(shè)固體表面為物質(zhì)1，空氣為物質(zhì)2。因為空氣和水的接觸角定義為180°，所以θ2=180°，此時液滴滿足Cassie模型（如圖1-4(b)），Cassie-Baxter方程寫成如公式（1-4）所示：cosθr=f1cosθ1-f2=f1cosθ2+f1-1(1-4)圖1-4(a)Wenzel模型；(b)Cassie模型固體表面超疏水性（接觸角>150°，滾動角<10°）是十分常見但又非常特殊的一類超浸潤現(xiàn)象。近十年的研究結(jié)果表明，超疏水表面低溫結(jié)霜時霜晶形核率、形核速率和霜層生長速率都明顯低于未處理的表面。同樣具有冷凝液滴自彈跳現(xiàn)象的超疏水表面，可以使得冷凝的液滴在發(fā)生凍結(jié)之前而合并彈跳，從而抑制霜晶的形成。不但如此，由于超高的接觸角和極低的滾動角，超疏水表面無論是靜止的，還是撞擊的過冷水滴，都能輕易彈跳滾落。即使結(jié)霜，霜層?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3599733