弱直流磁场作用下结霜的可视化研究

电磁场论文 液滴论文 过冷度论文 凝核温度论文
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冷表面结霜会增加传热的热阻和能耗,造成危害。例如冷库系统内风机上的霜会降低换热效率,增大空气流动的阻力,降低冷库系统的COP;航天器上结霜会使通讯卫星不能进入预计的轨道内。由此可见结霜对制冷、航天等领域影响非常严重。国内外很多学者致力于结霜的机理和实验研究,需求一种有效地抑霜方式。但大多学者研究都集中在霜层的生长阶段,对霜晶的初期研究较少。液滴的冻结是霜晶的生长和结霜的数值模拟的初始条件,对液滴冻结研究非常的重要。1、本文通过显微镜观测在高精度控温冷热台上液滴冻结现象,并与附加电磁场作用下液滴冻结过程进行对比,研究发现:(1)液滴冻结后表面上会形成亮条纹且顶端生成凸形晶体,凸形的晶体上首先长出霜晶。(2)在电磁场强度分别为:0Gs、20Gs、25Gs、30Gs、35Gs、40Gs、45Gs、50Gs、55Gs、60Gs,液滴的冷度分别为:5.83℃、6.45℃、6.57℃、8.23℃、7.95℃、7.83℃、7.75℃、7.68℃、7.49℃、8.01℃;当改变磁场方向后液滴的过冷度分别为:5.83℃、6.34℃、6.56℃、7.56℃、8.34℃、7.67℃、7.78℃、7.13℃、7.42℃、7.91℃。且综合热力学、晶体力学、结晶学及电磁理论对电磁场作用下液滴过冷度增加进行了理论计算。此外通过显微镜观测到电磁场作用下液滴冻结形成晶体更小。2、通过显微镜观测在无磁场和有磁场作用下冷台上结霜发现:(1)在无磁场和有磁场作用下结霜初期过程分为:凝核-液滴吞噬长大-液滴收缩长高-液滴冻结-结霜。在电磁场作用下冷台上形成的液滴更小,分布更加均匀。(2)在电磁场的作用下冷表面上液滴凝核温度和冻结温度降低。电磁场强度分别为0Gs、10Gs、20Gs、30Gs、40Gs、50Gs,液滴的凝核温度分别为4.71℃、4.62℃、4.42℃、4.31℃、4.21℃、4.01℃,液滴的结晶温度分别为-12.11℃、-13.11℃、-13.22℃、-13.65℃、-14.42℃、-15.42℃。当电磁场的方向改变后液滴的凝核温度分别为4.71℃、4.52℃、4.32℃、4.21℃、4.15℃、3.96℃,液滴的冻结温度分别为-12.11℃、-12.91℃、-13.12℃、-13.55℃、-14.22℃、-15.62℃。(3)在电磁场的作用下冷表面上结霜的质量减小。
摘要第4-5页
ABSTRACT第5页
第一章 前言第8-22页
    1.1 结霜研究背景第8-12页
        1.1.1 结霜现象第8-9页
        1.1.2 结霜的危害第9-11页
        1.1.3 结霜过程第11-12页
    1.2 抑霜研究第12-17页
    1.3 关于结霜的研究的现状第17页
    1.4 水分子的简单介绍第17-20页
        1.4.1 水分子的特殊性质第17-19页
        1.4.2 水分子在磁场下的特性第19-20页
    1.5 存在的问题第20-21页
    1.6 本章小结第21-22页
第二章 理论基础第22-28页
    2.1 电磁场的理论基础第22-25页
    2.2 冷表面上的结霜吸附理论第25-27页
    2.3 本章小结第27-28页
第三章 实验台搭建第28-35页
    3.1 实验仪器第28-33页
        3.1.1 温度测量及热电偶测试第28页
        3.1.2 特斯拉计第28-29页
        3.1.3 电磁场发生器第29-30页
        3.1.4 可调直流稳压电源第30页
        3.1.5 电压调节器第30-31页
        3.1.6 低温控制台第31-32页
        3.1.7 控制系统第32页
        3.1.8 显微镜第32-33页
    3.2 实验系统图第33-34页
    3.3 本章小结第34-35页
第四章 液滴凝结实验及分析第35-55页
    4.1 液滴在冷表面上结晶的可视化研究第35-40页
        4.1.1 实验步骤第36页
        4.1.2 实验结果第36-40页
    4.2 液滴结晶凸形结晶的研究第40-42页
        4.2.1 实验具体步骤第40页
        4.2.2 实验结果第40-42页
    4.3 液滴的大小和形状对液滴结晶的影响第42-44页
        4.3.1 液滴的大小对液滴结晶的影响第42-43页
        4.3.2 液滴形状对液滴结晶的影响第43-44页
    4.4 电磁场对液滴结晶影响的可视化探究第44-46页
        4.4.1 实验步骤第44页
        4.4.2 实验结果第44-46页
    4.5 电磁场的方向对液滴结晶的影响可视化研究第46-47页
        4.5.1 实验步骤第46页
        4.5.2 实验的结果第46-47页
    4.6 理论分析与讨论第47-53页
        4.6.1 磁场作用下液滴过冷度增大的理论分析第47-50页
        4.6.2 液滴过冷度在磁场作用下理论值和实验值对比第50-52页
        4.6.3 在磁场下液滴冻结冰晶更小的理论分析第52-53页
    4.7 本章小结第53-55页
第五章 冷表面上结霜的可视化研究第55-66页
    5.1 结霜过程的可视化研究第55-56页
        5.1.1 实验步骤第55页
        5.1.2 实验结果第55-56页
    5.2 电磁场作用下结霜的可视化研究第56-58页
        5.2.1 实验步骤第57页
        5.2.2 实验结果第57-58页
    5.3 电磁场强度对结霜初期的影响第58-60页
        5.3.1 实验步骤第59页
        5.3.2 实验结果第59-60页
    5.4 电磁场的方向对初期结霜影响第60-62页
        5.4.1 实验步骤第60-61页
        5.4.2 实验结果第61-62页
    5.5 电磁场对冷表面结霜质量影响第62-63页
        5.5.1 实验步骤第62-63页
        5.5.2 实验结果第63页
    5.6 理论分析第63-65页
    5.7 本章小结第65-66页
第六章 结论和展望第66-68页
    6.1 结论第66-67页
    6.2 展望第67-68页
参考文献第68-72页
发表论文及参加科研情况说明第72-73页
致谢第73-74页
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