气液混合式制雪机理及影响因素的研究

发布时间：2020-05-27 13:42

【摘要】：随着科技推动社会的不断进步,冬季到北方赏雪、滑雪逐渐流行了起来,各地的滑雪场地也越来越多,造雪机制雪过程的机理研究开始引起许多学者关注。本文主要从理论基础、实验研究、模拟分析三个部分,研究不同因素对造雪过程的影响。理论基础是分析单个水滴在冷空气中蒸发冻结成雪晶的传热传质过程,并建立可实现造雪的最大临界水滴直径和环境温度及相对湿度的关系;通过自制的造雪机实验系统,研究并分析环境温度、气液混合比、水温对雪密度的影响;最后通过COMSOL对单个水滴的传热传质过程进行多物理场模拟,分析环境温度、相对湿度、水滴直径、水滴初始温度和风速对水滴相变成雪晶时间的影响。研究发现:1、随着环境温度的增加,雪密度值迅速增加,环境温度小于1.1℃时,气液混合比在0.06时即可造出密度为300 kg/m~3左右的雪;在环境温度为3℃时,气液混合比在0.06时,由于环境温度高、水滴较大,造出的雪为浆状雪,失去了利用价值。2、在环境温度为:-1.8℃、-0.5℃、1.1℃、3.0℃,气液混合比分别为0.2、0.2、0.25、0.25且落雪距离为7m时,雪密度出现最小值,且最小值分别为:131.2 kg/m~3、129.9kg/m~3、133.3 kg/m~3、141.2 kg/m~3,结果表明在较高环境温度,水滴粒径较小时仍可实现低密度造雪。3、在落雪距离相同时,随着气液混合比的增加,雪密度越来越小。在4种不同的环境温度下,雪密度值均呈下降趋势;其中T_a=-0.5℃时雪密度与气液混合比近似呈线性变化,落雪距离为4m、5m、6m、7m时斜率的绝对值分别为410、253、172、208。4、水温对雪密度的影响较小,随着水温的增加并没有明显的变化关系,主要呈波浪式变化,这与模拟结果吻合较好。5、COMSOL模拟的结果显示,从水滴自身因素考虑,水滴初始直径对冻结时间的影响较大,水滴初始温度的影响较小,最大初始温度(12℃)与最小初始温度(4℃)之间冻结时间相差不到0.03s;从外界环境因素考虑,环境温度与相对湿度对水滴冻结时间的影响较大,风速的影响较小,模型中最大风速(10m/s)和最小风速(2m/s)的冻结时间相差不到0.02s。故进行造雪作业时应考虑环境温度及相对湿度的影响。
【学位授予单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB61

【相似文献】