冷面结霜机理及其抑制对策的实验研究

冷表面结霜对于航空航天器以及热泵和制冷装置等是不利的。文献调研发现以前的研究成果几乎都是针对霜层本身,关于结霜初期初始霜晶的形成的研究很少。本文重点研究结霜初期结露和霜晶形成的特点以及表面接触角对结霜的影响。 本文运用显微可视化技术对冷面上的结霜过程进行微细观研究,实验结果表明,冷面结霜基本上都经历了水珠生成、聚合长大,水珠冻结,初始霜晶形成与生长,霜层增长、霜晶回融以及霜层老化等过程,结霜初期,空气的相对湿度越大,过冷水珠越早冻结,冻结粒径越大;冷面温度越低,过冷水珠越早冻结,冻结粒径越小。结霜初期的初始霜晶的形状大致可划分为四类:无规则状、片状、针柱状和羽毛状,冷面温度和空气相对湿度是影响霜晶形状的主要因素。随着霜层厚度的增加,霜表面温度的升高,霜面上新生长的霜晶形状也在不断地变化,其形状取决于霜面温度。实验观察到了霜层表面存在局部霜晶回融和霜层回融两类现象,其中局部霜晶回融几乎伴随着整个霜层生长过程,这是以前文献所忽略的,它如何影响霜层的传热传质还有待于进一步研究。 本文通过显微观察比较了疏水涂层表面(θ=98°)和铜裸面(θ=56°)两种冷面上结霜初始霜晶的形态特征,实验结果表明,表面接触角是影响结霜初始霜晶形态的重要因素,它对冷面上水珠粒径、水珠分布、水珠冻结开始时间以及表面冰珠覆盖率等都有很大影响。实验结果证实疏水涂层能有效地延缓结霜开始时间,特别是冷面温度高于-12℃时,延缓的效果更为明显。 本文通过实验研究取得的实验成果丰富了对结霜过程的认识,本实验用的低能表面接触角尚不够大,可以预见更大接触角的低能表面可更大程度地延缓结霜过程。