表面润湿性对结霜初期液滴冻结及融霜排液的影响

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1、表面润湿性对结霜初期液滴冻结及融霜排液的影响(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：能源与动力工程系学科：动力工程及工程热物理研究生：王伶俐指导教师：吴晓敏教授二〇一七年十一月EffectofSurfaceWettabilityonDropletsFreezingintheInitialStageofFrostingandDefrostingProcessThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinPowerEngineeringan

2、dEngineeringThermophysicsbyWangLingliThesisSupervisor::ProfessorWuXiaominNovember,2017摘要摘要结霜是一种在自然界和工业生产中均广泛存在的现象，会对飞机、电网、风力发电机、室外热交换器等造成巨大影响，故在实际生产生活中需要尽可能地抑制结霜并定期对结霜表面进行融霜。通过改变表面润湿性来抑制结霜、促进融霜，不需要额外增加设备和能耗，是一种较理想的减少结霜危害的手段。本文研究了不同润湿性表面的结霜、融霜及排液过程，主要工作及结果如下：（1）不同润湿性表面结霜初期液滴冻结特性的实验研究：对比裸铝、疏水、超疏水表面上液滴

3、初始冻结的时间，裸铝表面上液滴冻结最快，疏水表面次之，超疏水表面最慢。观察超疏水表面上结霜初期液滴冻结过程，发现液滴从表面边缘、表面缺陷或有细小灰尘沉积处开始冻结，并以冻结波的形式向四周传播。超疏水表面温度越高、相对湿度越小，表面液滴冻结越慢。（2）不同润湿性表面水平融霜过程的研究：裸铝、疏水表面上的融霜过程均可划分为霜融化破裂、冰水混合物膜破裂和合并、融霜水膜收缩三个阶段。超疏水表面上的融霜过程中融霜水会发生弹跳、卷曲等行为，形成连串的液滴，随后液滴合并成大液滴，且结霜时间越长，融霜水膜越难破裂，形成的液滴越大。融霜结束后，裸铝、疏水表面上融霜水分布均匀，而超疏水表面上融霜水分布分散，且表面

4、大部分区域暴露在空气中，表面覆盖率极小。（3）不同润湿性表面融霜排液特性的实验研究：在竖直放置的裸铝和疏水表面的融霜排液过程中，霜层开始融化后，会分裂成多个液膜，液膜收缩，最终形成不规则状或椭球状液滴，滞留在表面上。在竖直放置的超疏水表面的融霜排液过程中，霜层在融化前直接从表面剥落，融霜排液过程极快，表面上几乎无液滴残留。进一步研究发现，在超疏水表面的融霜排液过程中，结霜时间越长，霜层越难断裂，霜层越容易完整地从表面脱落，排液结束后的表面越干净；表面倾角越大，排液越快，也越彻底。在本文的实验条件下，裸铝表面排液后的表面覆盖率最高，疏水表面次之，超疏水表面最低。关键词：结霜；融霜排液；冻结波；表

5、面润湿性；超疏水表面IAbstractAbstractFrostingisawidespreadphenomenoninnatureandindustrialfield.Ithasbadimpactsonaircraft,powergrids,windturbinesandoutdoorheatexchangers.Soitisnecessarytosuppressfrostingasmuchaspossibleandtodefrostregularlyintheactualproductionandlife.Bychangingthesurfacewettabilitytosuppressf

6、rostingandpromotedefrosting,donotneedadditionalequipmentandenergyconsumption,isanidealmeanstoreducetheriskoffrost.Thispaperhasstudiedthefrosting,defrostinganddrainageprocessesofthesurfacewithdifferentwettability.Themainworksandresultsareasfollows:(1)Experimentalstudyondropletfreezingcharacteristicso

7、fsurfaceswithdifferentwettabilityduringinitialfrosting:Comparingbarealuminumwithhydrophobicandsuperhydrophobicsurface,thetimethatdropletsbegintofreezeisthefastestinbarealuminum,followedbyhydrophobic,s