固体壁面水滴撞击结冰行为研究

发布时间：2017-10-06 00:35

  本文关键词：固体壁面水滴撞击结冰行为研究

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【摘要】：论文采用试验和数值模拟方法,对水滴撞击结冰行为进行了系统研究,所取得的主要研究成果及创新性包括:(1)通过亲水光滑壁面上水滴撞击结冰行为试验,测试给出了材料热导率、We数和壁面温度对水滴撞击亲水光滑壁面结冰过程的影响规律;并根据热力学定律,推导出水滴结冰时间的理论预测公式(最大相对误差约4.7%)。(2)通过亲水微结构壁面上水滴撞击结冰行为试验,测试分析了沟槽类型和尺寸对水滴顺槽向和垂直槽向铺展直径及结冰时间的影响规律;并改进了水滴结冰时间的理论预测公式,试验值与理论值的误差约10.8%。(3)利用蚀刻法和Ultra-Ever Dry法制备出疏水性壁面,研究了不同疏水性壁面对水滴撞击运动和结冰行为的影响规律,并发现疏水性壁面在一定条件下可以延缓结冰;同时,基于亲/疏水相间壁面,可实现对水滴结冰过程的“导引”、“切割”和“汇聚”。(4)建立了水滴撞击结冰的分子动力学模型,研究了壁面温度、表面能和微结构对水滴撞击结冰的影响规律,发现水滴结冰过程中内部温度梯度现象,并获得了与宏观试验相同的现象和规律,证实分子动力学方法用于模拟水滴撞击结冰的合理性和有效性。本文研究工作对进一步揭示固体壁面水滴结冰机理及新型防结冰技术研发具有一定理论参考价值。
【关键词】：水滴 结冰 疏水壁面 亲/疏水相间壁面 结冰时间 分子动力学
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V321.229
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 国外研究现状12-15
• 1.2.2 国内研究现状15-17
• 1.3 热力学理论17-19
• 1.3.1 热力学基本定理17-18
• 1.3.2 结冰原理18-19
• 1.4 本文的研究内容及结构安排19-20
• 第二章 亲水光滑壁面上水滴撞击结冰行为研究20-36
• 2.1 水滴撞击结冰试验方法20-21
• 2.1.1 试验装置20-21
• 2.1.2 试验方法21
• 2.2 韦伯数对水滴撞击结冰行为的影响21-25
• 2.2.1 水滴撞击结冰过程21-24
• 2.2.2 铺展系数规律24-25
• 2.2.3 振荡和结冰时间规律25
• 2.3 壁面温度对水滴撞击结冰行为的影响25-27
• 2.3.1 水滴撞击结冰过程25-26
• 2.3.2 最大铺展系数规律26-27
• 2.3.3 振荡和结冰时间规律27
• 2.4 材料热导率对水滴撞击结冰行为的影响27-29
• 2.4.1 水滴撞击结冰过程27-28
• 2.4.2 最大铺展系数规律28
• 2.4.3 振荡和结冰时间规律28-29
• 2.5 水滴撞击光滑壁面结冰行为理论分析29-34
• 2.5.1 铺展过程的理论分析29-32
• 2.5.2 结冰时间的理论分析32-34
• 2.6 本章小结34-36
• 第三章 亲水微沟槽壁面上水滴撞击结冰行为研究36-50
• 3.1 亲水微沟槽壁面制备方法36-37
• 3.2 水滴撞击微米级沟槽硅板的结冰行为37-40
• 3.2.1 矩形硅板上水滴撞击结冰过程37-38
• 3.2.2 最大铺展直径和结冰时间38-40
• 3.3 水滴撞击丝米级沟槽铜板的结冰行为40-45
• 3.3.1 矩形铜板上水滴撞击结冰过程40-43
• 3.3.2 立柱型铜板上水滴撞击结冰过程43-45
• 3.4 水滴撞击微沟槽壁面结冰行为理论分析45-48
• 3.4.1 微沟槽结构对水滴运动行为的影响45-46
• 3.4.2 最大铺展系数理论预测46-47
• 3.4.3 结冰时间理论公式的修正47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 疏水性壁面上水滴撞击结冰行为研究50-68
• 4.1 疏水性壁面润湿原理和制备技术50-53
• 4.1.1 壁面润湿性表征50-51
• 4.1.2 疏水性壁面制备方法51-53
• 4.2 水滴撞击疏水性壁面的结冰行为53-55
• 4.2.1 疏水性壁面水滴撞击结冰过程53-54
• 4.2.2 最大铺展系数和结冰时间54
• 4.2.3 低温疏水性壁面水滴弹跳行为理论分析54-55
• 4.3 水滴撞击超疏水表面的结冰行为55-59
• 4.3.1 常温超疏水表面水滴撞击过程55-56
• 4.3.2 低温超疏水表面水滴撞击结冰过程56-58
• 4.3.3 低温超疏水表面水滴破碎行为理论分析58-59
• 4.4 水滴撞击亲/疏水相间结构壁面的结冰行为59-65
• 4.4.1 水滴结冰 引导‖现象59-61
• 4.4.2 水滴结冰 切割‖现象61-62
• 4.4.3 水滴结冰 汇聚‖现象62-65
• 4.5 疏水性壁面水滴撞击结冰行为理论分析65-67
• 4.6 本章小结67-68
• 第五章 水滴撞击结冰的分子动力学模拟68-80
• 5.1 结冰过程的分子动力学方法研究68-72
• 5.1.1 水滴撞击结冰的分子动力学模型68-69
• 5.1.2 基于MDS方法的可行性69-72
• 5.2 壁面温度对水滴撞击结冰行为的影响72-76
• 5.2.1 水滴撞击结冰过程72-74
• 5.2.2 温度梯度和温度曲线74-76
• 5.3 表面能对水滴撞击结冰行为的影响76-77
• 5.4 微结构对水滴撞击结冰行为的影响77-79
• 5.5 本章小结79-80
• 第六章 全文总结80-82
• 6.1 论文主要研究成果和创新点80
• 6.2 进一步工作展望80-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-90
• 攻读硕士学位期间学术成果及获奖情况90-91
• 一、攻读硕士学位期间发表学术论文情况90
• 二、攻读硕士学位期间参与科研项目情况90
• 三、攻读硕士学位期间获奖情况90-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 周莉;徐浩军;龚胜科;李大伟;;飞机结冰特性及防除冰技术研究[J];中国安全科学学报;2010年06期

2 盛强;邢玉明;何超;;基于CFD的机翼结冰过程分析[J];航空计算技术;2009年02期

3 胡海豹;宋保维;潘光;毛昭勇;杜晓旭;;鲨鱼沟槽表皮减阻机理的仿真研究[J];系统仿真学报;2007年21期

4 张大林,杨曦,昂海松;过冷水滴撞击结冰表面的数值模拟[J];航空动力学报;2003年01期

5 杨倩,常士楠,袁修干;水滴撞击特性的数值计算方法研究[J];航空学报;2002年02期

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本文编号：979737