冷面霜层生长过程及其抑制对策实验研究

针对目前制冷设备在制冷过程中易结霜导致蒸发器外侧的换热热阻增加,传热系数降低等问题,课题组进行了憎水性抑霜涂层的研究。设计了采用半导体制冷方式的试验装置,通过与温度传感器连接的温控器来控制并实时测量冷表面温度,采用体视显微镜对结霜过程进行观测并测量出霜层在每个时刻的厚度变化,并在显微镜上连接CCD摄像头,将放大的图片通过视频电缆传输到计算机。对比实验表明:憎水性表面能有效延缓霜晶的形成,且在一定时间范围内,憎水性表面霜层的厚度始终小于普通铝表面。同时,运用热力学理论分析了憎水性表面霜层生长较慢的原因,当接触角达到极限180°时,冰晶就不能粘附在冷表面上。因此憎水性涂层能够有效抑制霜层的生长。

超疏水表面制备及防冰抑霜性能研究

采用喷涂工艺,用改性处理的纳米二氧化钛和聚二甲基硅氧烷在紫铜板表面制备出一种涂料与基底牢固黏结的超疏水表面,在不同冷面温度和环境湿度条件下,对表面进行了防冰抑霜性能测试。结果表明,与紫铜板表面相比,制备出的超疏水表面接触角高达165°,可以有效抑制表面凝结液滴的冻结,并且凝结液滴在超疏水表面上会发生自跳跃现象,有效减少表面霜晶的覆盖率。在冷面温度-7℃和湿度50%的条件下,表面凝结液滴几乎不会发生冻结,随着冷面温度的降低和环境湿度的增大,当冷面温度-15℃和湿度70%时,与紫铜板表面相比,超疏水表面仍然可将凝结液滴冻结的时间延迟10倍。通过对表面的霜层高度进行测量,超疏水表面霜高仅为紫铜板表面霜高的0.7—0.8倍。

倾斜表面结霜过程实验及数值模拟研究

本文搭建了恒温恒湿显微实验台,研究了不同倾斜角度冷表面(0°、30°、45°、60°)上36个不同部位的霜层生长规律,设计了8种对照实验,采用显微观测实验和CFD模拟结合的方法,对比分析得到斜面结霜规律。结果表明:斜面最大可延缓32.4%的开始结霜时间。倾角60°斜面霜层厚度小于0°平面小于倾角30°斜面小于倾角45°斜面,霜层平均厚度为0.98、1.02、1.12和1.23 mm;最大差值可达0.7 mm,同一斜面内,中部区域厚度小于下部区域小于上部区域,最大差值0.42 mm;霜层初始生长期,角度越大,霜层生长速度越大,在霜层充分生长期,则相反。数值模拟表明霜层上部温度变化率小于下部,结霜体积下部小于上部。研究表明倾斜面倾角60°可延缓结霜速度且抑霜效果明显。