超疏水表面融霜演化行为及排液特性

发布时间：2021-01-26 04:13

　　及时脱除热力除霜后冷表面残留液滴,可以延缓二次结霜。本文对室温环境下超疏水表面融霜演化行为进行了微观可视化观测,对比分析了表面倾角对裸铝表面（接触角88. 0°）及超疏水表面（接触角151. 1°）融霜排液的影响。实验结果表明,水平超疏水表面融霜过程存在单液膜卷曲收缩及多液滴合并两种行为,较大的静态接触角及较小的接触角滞后是促使多液滴合并的主要原因。与倾斜裸表面融霜过程存在大量残留液滴不同,超疏水表面融霜液可实现自排除;当表面倾角>30°时,超疏水表面排液率可达90%以上。结合表面润湿特性及表面倾角推导出表面液滴临界脱落半径,与实验结果吻合较好。 

【文章来源】：制冷学报. 2020,41(01)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

表面倾角对液滴临界脱落半径的影响

图10所示为不同表面倾角下裸表面和超疏水表面排液率对比，其中结霜30 min，结霜环境温度为26℃，相对湿度为62%。由图10可知，任意表面倾角下，超疏水表面排液率均高于裸表面。表面倾角为15°时，裸表面排液率为48%，此时超疏水表面排液率已达90%;当表面倾角增至45°，裸表面排液率为55%，而此时超疏水表面融霜液已可完全去除。这是因为随着表面倾角的增大，重力对融霜排液的影响逐渐增加，表面融霜液滴脱离的临界半径逐渐减小(图9)，使融霜后表面排液率增加。虽然随着表面倾角从15°增至90°，裸表面排液率增加了22%，但最大排液率仅为70%，仍有部分液滴残留于表面。与此相比，表面倾角≥45°时，超疏水表面融霜液可完全去除，表现出较好的排液特性。3 结论

图7所示为裸铝表面及超疏水表面上融霜排液过程对比。其中，平板表面倾角45°，结霜环境温度为26℃，相对湿度为62%，结霜时间为30 min。裸表面融霜排液过程如图7(a)所示。由图7(a)可知，裸表面霜层逐渐融化，融化过程液膜较易断裂，表面形成大小不均液滴，液滴呈不规则状，表面液滴覆盖率较高，如图7(a-4)所示。由于裸表面润湿性大，液滴接触角较小，液滴的重力难以克服阻碍液滴下滑的黏附功，大部分液滴处于静止状态，粘附于裸表面。而超疏水表面上融霜排液行为与裸表面存在显著差异，如图7(b)所示。霜层融化过程中，由于超疏水表面的去润湿特性，表面张力较大，多液滴在冰水混合状态时已开始发生聚合，如图7(a-3)所示。液滴直径逐渐增大，且冰水混合液滴呈现Cassie状态，悬浮于超疏水表面，冰水混合液滴在重力作用下克服阻碍其运动的界面黏附力，从界面脱落，如图7(b-4)～图7(b-5)所示。与裸表面液滴沿平板滑落不同，超疏水表面液滴脱落过程伴随液滴的滚动和剥离(图7(b-5))，使脱落过程更为迅速。112 s时，超疏水表面融霜排液结束，融霜液完全去除，如图7(b-6)所示。2.2.2 表面融霜排液理论分析

【参考文献】：
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本文编号：3000452