自然对流下强吸水表面上结霜特性的研究

    1 引言

    当暴露在湿空气中的表面温度低于露点时,会发生凝结现象,如果表面温度在0℃以下,水蒸气就会转变成固态的霜,沉积在表面上。霜在形成的初始阶段充当肋片,开始时壁面的热传导率会提高,但随着时间的推移,由于霜的导热系数小,所以变厚的霜层成为绝热体,使传热恶化。结霜是制冷和低温设备中最常见的现象之一,它使传热效率降低,能耗增加。除霜的方法有许多种,例如根据时间、压力和温度等参数控制除霜法[1],但是这些方法都会消耗大量的能源。所以应该转换思路,采用新型的除霜方法,来达到节约能源的目的。国外学者E.U.Oko-roafor采用高聚物亲水表面进行了两个多小时的结霜实验测量[2],可使结霜速率和霜厚减少10%~30%。这说明,对着霜表面进行处理或采用合适的涂层,可以有效抑制霜层的生长。以此为出发点,研制了一种强吸水低能表面,并对表面上的结霜现象进行了观察分析,发现这种表面具有抑霜的特性,霜厚减少可达到40%以上,并且可使致密的霜层变得疏松,在外力的作用下很容易除去。

    2 实验装置

    实验中的冷却装置采用半导体温差电制冷器件,制冷电源采用单相桥式硅元件整流,最低温度可达到-26℃。用可拆卸的紫铜板4作为结霜表面,尺寸为150mm×52mm×6mm,在铜板的两侧靠近表面处钻孔,深度为13mm,布置4根T型热电偶来测定铜表面温度。CCD摄像镜头与显微镜连接,通过视频电缆将显微镜放大的图像传输到计算机,由图像采集卡记录实验过程,采集速度为30f/s。图1为实验系统图。

    3 实验过程

    3.1 测试表面的制作

    先将紫铜表面抛光,对表面进行清洁处理。把吸水颗粒充分研磨,并按一定的质量比与涂料混合,充分搅拌混合均匀后稀释,用喷枪将涂料均匀的喷涂到光滑的紫铜表面上,在通风处放置30~60分钟,再将一定质量的亲水涂料喷涂到表面上。待涂层干燥后,进行显微测厚。

    分别制作了三种不同的试件表面,进行了结霜特性的对比。

    试样1:在紫铜板左半侧涂强吸水涂料,厚度为0.3mm

    试样2:在紫铜板上涂强吸水涂料,厚度为0.3mm

    试样3:在紫铜板上涂强吸水涂料,厚度为0.8mm

    3.2 实验步骤及内容

    所列的实验均为自然对流下竖直平板上的结霜。实验前,将试件表面用塑料薄膜覆盖,使表面与空气隔绝,等到壁温达到设定温度且恒定不变时,揭开薄膜,同时开始计时。结霜的过程通过计算机实时监控,霜厚通过显微测量软件读取,霜表面的温度用红外测温仪测量(发射率设为0.95)。对试样1,通过观察和表面温度的测定来研究左右两侧表面上的结霜量,并进行各种条件下反复的结霜实验来研究试件的稳定性与重复使用性能。将试样2和试样3与紫铜表面进行结霜对比实验,通过霜厚的测定来研究结霜量的多少,并比较涂层厚度对结霜的影响。