結(jié)霜現(xiàn)象廣泛存在于制冷空調(diào)、航空航天和風(fēng)力發(fā)電等多領(lǐng)域，并帶來很大的危害，前人圍繞結(jié)霜現(xiàn)象進(jìn)行了很多研究，近年來這些研究不斷深入到霜層內(nèi)部細(xì)節(jié)和動態(tài)結(jié)構(gòu)特征，但對于結(jié)霜過程中霜層和濕空氣參數(shù)空間分布變化研究得較少，對風(fēng)力機(jī)葉片表面覆冰的研究也比較少。本文實(shí)驗(yàn)研究了環(huán)境參數(shù)和冷面溫度對結(jié)霜初期過冷水珠和結(jié)霜過程中冰晶體積分?jǐn)?shù)的影響，數(shù)值模擬研究了霜層生長過程中霜層和濕空氣參數(shù)的變化規(guī)律以及風(fēng)力機(jī)葉片覆冰過程中攻角和風(fēng)速對覆冰量及覆冰形貌的影響。 本文通過對結(jié)霜過程的可視化研究發(fā)現(xiàn)，在霜晶出現(xiàn)之前，冷面上都經(jīng)歷了水珠生成、聚合長大和水珠凍結(jié)的過程，但水珠的出現(xiàn)時刻及凍結(jié)時間受環(huán)境因素的影響：風(fēng)速越大、冷面溫度越低以及環(huán)境溫度越低，則冷面上過冷水珠越早出現(xiàn)，同時水珠的凍結(jié)時間越短。在一定范圍內(nèi)，冷面溫度越高、風(fēng)速越大、環(huán)境溫度越高，則冰晶體積分?jǐn)?shù)越高。改進(jìn)了課題組原有結(jié)霜模型的質(zhì)量傳輸判據(jù)和模型，利用Fluent模擬了霜層生長過程，考察了冷面附近霜層和濕空氣參數(shù)隨空間和時間的變化規(guī)律，以及環(huán)境溫度、相對濕度、風(fēng)速和冷表面溫度對冷面附近霜層和濕空氣參數(shù)的影響，結(jié)果表明冰晶體積分?jǐn)?shù)受環(huán)境工況影響的規(guī)律跟實(shí)驗(yàn)結(jié)論較為符合，并且風(fēng)速越大，冰相體積分?jǐn)?shù)沿空氣流向分布越均勻。在霜層內(nèi)部，時間越久、高度越低，則冰相體積分?jǐn)?shù)越高，并且沿著空氣流向逐漸降低，且入口附近降幅較大，但出口附近有小幅度的上升。 在冷面結(jié)霜模型的基礎(chǔ)上，采用湍流模型和新的質(zhì)量傳遞模型對夾雜過冷水滴的空氣流經(jīng)葉片表面時的覆冰進(jìn)行了初步的模擬。結(jié)果表明過冷水滴受空氣流場影響較小，覆冰一般在迎風(fēng)面發(fā)生；當(dāng)葉片攻角增加時，過冷水滴隨著來流撞擊到葉片下表面的幾率增加，覆冰面積和覆冰質(zhì)量均增加；由于駐點(diǎn)處受來流的垂直撞擊，故駐點(diǎn)處覆冰量較少，兩側(cè)覆冰量較多；隨著來流風(fēng)速的增加，葉片表面覆冰量增多，其原因是：單位時間內(nèi)撞擊到葉片表面的過冷水滴數(shù)增加，同時單位體積內(nèi)撞擊到葉片表面的過冷水滴百分?jǐn)?shù)增加，使得葉片表面覆冰量明顯增加。
【學(xué)位單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：TK83
【部分圖文】：

各種初始霜晶形狀

不易破碎，密度較大，難以去除。圖 1.2 霧凇圖 圖 1.3 雨凇圖1.2.4 影響因素的研究霜層是由冰晶和濕空氣構(gòu)成的特殊多孔介質(zhì)，結(jié)霜過程是一個具有移動邊界，變物性的復(fù)雜傳熱傳質(zhì)過程。霜層表面和主流濕空氣之間的溫差決定著水蒸氣轉(zhuǎn)變?yōu)樗У男问健Ｒ话愣�，�?dāng)溫差較小時，分子擴(kuò)散和紊流擴(kuò)散成為結(jié)霜的主要機(jī)理，水蒸氣通過這兩個過程傳輸?shù)嚼浔砻�；而溫差較大時，水蒸汽在流經(jīng)冷表面時溫度迅速降低，可能在冷面附近凝結(jié)或凝華，此時的結(jié)霜機(jī)理主要是顆粒間的碰撞和表面對顆粒的吸收；而當(dāng)遇到極低溫表面，水蒸氣通過冷表面時直接凝華為小冰粒，由于熱質(zhì)擴(kuò)散的作用冰粒向冷表面遷移進(jìn)入霜層[31]。對于冷面結(jié)霜，影響霜層生長的主要因素有冷面溫度、主流溫濕度、主流速度和表面特性；對于風(fēng)力機(jī)葉片表面覆冰，來流速度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、攻角大小以及過冷水滴含量和直徑對表面覆冰均有著直接的關(guān)系[32]。綜合已有文獻(xiàn)，得出濕空氣參數(shù)和冷表面溫度對霜層物性的影響，如表 1.1 所示。表 1.1 濕空氣參數(shù)及冷面溫度對霜層的影響霜層物性工況霜層生長速率 霜層密度增大濕空氣濕度 提高 增加提高濕空氣溫度 下降 增加提高雷諾數(shù) 影響不大 增加提高冷表面溫度 下降 增加孫玉清等[33]分別對普通表面和疏水表面的結(jié)霜情況進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)

雨凇圖
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2892303