快速来流条件下低温平板结霜行为实验研究
发布时间：2021-10-06 18:28
实验研究了快速来流条件下-33℃的低温平板在不同来流速度和湿度时的结霜行为。来流温度为38℃、来流速度为13 m·s-1和31 m·s-1、来流相对湿度为7%和50%。研究表明:与自然对流下生成的疏松霜层不同,快速来流条件下生成的霜层较致密、无后期致密化现象;快速来流条件下冷面结霜存在干模态结霜和湿模态结冰两种现象,发生湿模态结冰的条件为来流中水蒸气密度高于4.85 g·m-3且霜面温度升至0℃;不同来流湿度条件下,来流速度对霜层厚度生长速率的影响规律不同。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１实验装置简图??Ｆｉｇ．?１?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｄｅｖｉｃｅ??
始之前，在冷板上的结??霜位置使用带刻度的标尺进行拍照，换算出照片像??素与物理尺寸之间的关系，并固定相机位置。??自动化处理。利用Ｐｙｔｈｏｎ的ＯｐｅｎＣＶ模块对??霜层厚度照片进行灰度化、二值化、计算面积、换算??厚度等操作，自动提取照片中的霜层平均厚度数据．??２快速来流条件下低温表面结霜现象??２．１低湿度时的结霜现象??结霜初期，水蒸气迅速在低温表面凝华形成一??层均匀的薄霜层，随着结霜时间增长，霜层逐渐变??厚。整个实验过程中，低温平板上各处的霜层厚度??均匀（图２），霜层表面形貌平坦（图３）。霜层厚度随??时间变化见图４，其中１３?ｍ．ｓ－１和３１?ｍ．ｓ－１两种来??流速度条件下的霜层生长行为基本一致，１３?ｎｖｓ－１??条件下的霜层略厚于３１?条件下的霜层。??实验装置由风机泵入空气，采用旁通阀控制进??入实验段的空气流量、加湿装置增加来流湿度，整??流段中设置多层蜂窝栅格网对来流进行整流，实验??空气最后经由排气段排出。??冷板热沉放置在实验段内部，其上安装进行结??霜试验的平板，平板与热沉由螺钉压紧连接，其间??填充导热硅脂以减小接触热阻。热沉内部通入低温??冷媒，将不镑钢平板维持在设定温度．两部单反相??机分别位于试验段上方和侧面，用于拍摄正面霜面??形貌和侧面霜层厚度变化情况。??１．２实验状态??所开展实验的参数状态为：冷板温度为（＿３３±??１）?°Ｃ，来流温度为（３８±２）°Ｃ，来流速度和相对湿度??图２低湿度时的霜层侧面形貌变化情况（３１??Ｆｉｇ．?２?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｆｒｏｓｔ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｕｎｄｅｒ?ｌｏｗ?ｈｕｍｉｄｉｔｙ?（３１?ｍ－ｓ＿１）??
夏斌等：快速来流条件下低温平板结霜行为实验研究??２０３３??８期??图３低湿度时的霜层正面形貌变化情况（３１?ｍ？Ｓ－１）??Ｆｉｇ．?３?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｆｒｏｎｔ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｆｒｏｓｔ?ｌａｙｅｒ?ｕｎｄｅｒ?ｌｏｗ??ｈｕｍｉｄｉｔｙ?（３１?ｍ－ｓ＿１）??图４低湿度条件下霜层生长情况??Ｆｉｇ．?４?Ｇｒｏｗｔｈ?ｆｒｏｓｔ?ｌａｙｅｒ?ｕｎｄｅｒ?ｌｏｗ?ｈｕｍｉｄｉｔｙ??图５高湿度时的霜层侧面形貌变化情况（３１?ｍ／ｓ）??Ｆｉｇ．?５?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｆｒｏｓｔ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｕｎｄｅｒ?ｈｉｇｈ?ｈｕｍｉｄｉｔｙ??（３１?ｍ－ｓ—１）??连续的水膜。这种局部的水膜向霜层浅表浸润，进??而在霜层表面形成许多不连续的浅凹坑（出现局部??浅凹坑前后的霜面形貌如图７所示），并随着结霜的??进行，不连续的局部水膜面积逐渐变大，由水膜向??霜层浅表浸润的浅坑面积也逐步变大。??图６高湿度时的霜层正面形貌变化情况（３１?ｍ．ｓＭ）??Ｆｉｇ．?６?Ｆｉｇ．?３?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｆｒｏｎｔ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｆｒｏｓｔ?ｌａｙｅｒ??ｕｎｄｅｒ?ｈｉｇｈ?ｈｕｍｉｄｉｔｙ?（３１?ｍ－ｓ—Ｊ）??图７出现局部浅凹坑的前后的霜面形貌??Ｆｉｇ．?７?Ｔｈｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｆｒｏｓｔ?ｌａｙｅｒ?ｂｅｆｏｒｅ?ａｎｄ?ａｆｔｅｒ?ｌｏｃａｌ??ｓｈａｌｌｏｗ?ｐｉｔｓ?ａｐｐｅａｒ??随后，霜面会先形成许多小丘状突起，这是由??
【参考文献】：
硕士论文
[1]超低温表面上结霜现象的实验研究[D]. 董予宛.北京工业大学 2016
本文编号：3420531
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１实验装置简图??Ｆｉｇ．?１?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｄｅｖｉｃｅ??
始之前，在冷板上的结??霜位置使用带刻度的标尺进行拍照，换算出照片像??素与物理尺寸之间的关系，并固定相机位置。??自动化处理。利用Ｐｙｔｈｏｎ的ＯｐｅｎＣＶ模块对??霜层厚度照片进行灰度化、二值化、计算面积、换算??厚度等操作，自动提取照片中的霜层平均厚度数据．??２快速来流条件下低温表面结霜现象??２．１低湿度时的结霜现象??结霜初期，水蒸气迅速在低温表面凝华形成一??层均匀的薄霜层，随着结霜时间增长，霜层逐渐变??厚。整个实验过程中，低温平板上各处的霜层厚度??均匀（图２），霜层表面形貌平坦（图３）。霜层厚度随??时间变化见图４，其中１３?ｍ．ｓ－１和３１?ｍ．ｓ－１两种来??流速度条件下的霜层生长行为基本一致，１３?ｎｖｓ－１??条件下的霜层略厚于３１?条件下的霜层。??实验装置由风机泵入空气，采用旁通阀控制进??入实验段的空气流量、加湿装置增加来流湿度，整??流段中设置多层蜂窝栅格网对来流进行整流，实验??空气最后经由排气段排出。??冷板热沉放置在实验段内部，其上安装进行结??霜试验的平板，平板与热沉由螺钉压紧连接，其间??填充导热硅脂以减小接触热阻。热沉内部通入低温??冷媒，将不镑钢平板维持在设定温度．两部单反相??机分别位于试验段上方和侧面，用于拍摄正面霜面??形貌和侧面霜层厚度变化情况。??１．２实验状态??所开展实验的参数状态为：冷板温度为（＿３３±??１）?°Ｃ，来流温度为（３８±２）°Ｃ，来流速度和相对湿度??图２低湿度时的霜层侧面形貌变化情况（３１??Ｆｉｇ．?２?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｆｒｏｓｔ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｕｎｄｅｒ?ｌｏｗ?ｈｕｍｉｄｉｔｙ?（３１?ｍ－ｓ＿１）??
夏斌等：快速来流条件下低温平板结霜行为实验研究??２０３３??８期??图３低湿度时的霜层正面形貌变化情况（３１?ｍ？Ｓ－１）??Ｆｉｇ．?３?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｆｒｏｎｔ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｆｒｏｓｔ?ｌａｙｅｒ?ｕｎｄｅｒ?ｌｏｗ??ｈｕｍｉｄｉｔｙ?（３１?ｍ－ｓ＿１）??图４低湿度条件下霜层生长情况??Ｆｉｇ．?４?Ｇｒｏｗｔｈ?ｆｒｏｓｔ?ｌａｙｅｒ?ｕｎｄｅｒ?ｌｏｗ?ｈｕｍｉｄｉｔｙ??图５高湿度时的霜层侧面形貌变化情况（３１?ｍ／ｓ）??Ｆｉｇ．?５?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｆｒｏｓｔ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｕｎｄｅｒ?ｈｉｇｈ?ｈｕｍｉｄｉｔｙ??（３１?ｍ－ｓ—１）??连续的水膜。这种局部的水膜向霜层浅表浸润，进??而在霜层表面形成许多不连续的浅凹坑（出现局部??浅凹坑前后的霜面形貌如图７所示），并随着结霜的??进行，不连续的局部水膜面积逐渐变大，由水膜向??霜层浅表浸润的浅坑面积也逐步变大。??图６高湿度时的霜层正面形貌变化情况（３１?ｍ．ｓＭ）??Ｆｉｇ．?６?Ｆｉｇ．?３?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｆｒｏｎｔ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｆｒｏｓｔ?ｌａｙｅｒ??ｕｎｄｅｒ?ｈｉｇｈ?ｈｕｍｉｄｉｔｙ?（３１?ｍ－ｓ—Ｊ）??图７出现局部浅凹坑的前后的霜面形貌??Ｆｉｇ．?７?Ｔｈｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｆｒｏｓｔ?ｌａｙｅｒ?ｂｅｆｏｒｅ?ａｎｄ?ａｆｔｅｒ?ｌｏｃａｌ??ｓｈａｌｌｏｗ?ｐｉｔｓ?ａｐｐｅａｒ??随后，霜面会先形成许多小丘状突起，这是由??
【参考文献】：
硕士论文
[1]超低温表面上结霜现象的实验研究[D]. 董予宛.北京工业大学 2016
本文编号：3420531
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