磁场对冷表面上结霜过程影响的实验研究

　　0引言

　　结霜现象广泛存在于各种制冷低温系统中,由于霜层的存在增大了换热器表面热阻、降低了介质的流通面积,所以必须定期融霜,这不仅给系统的运行带来巨大危害而且增加了初始投资和运行费用.因此,探索不同的表面材料对结霜现象的影响,总结霜晶形成的规律具有重要的意义,这将为我们发现新的抑霜手段提供重要的理论依据。

　　近几年来,关于电场对结霜影响的研究成为一个热门间题,国内外许多学者在这一方面做了很多工作,然而对于和电场密切相关的磁场对结霜的影响却极少有人研究.本文就磁性表面和非磁性表面上的结霜过程进行了对比,结果发现磁场对霜晶形成的影响是明显的。

　　1实验材料与实验步骤

　　实验中所用的磁性材料是钦铁硼永磁体.钦铁硼永磁体是一种储能材料,具有极高的矫顽力和磁能积,充磁之后可以在一定空间内产生恒定磁场.但是,钦铁硼防腐性能极差,未经任何保护的钦铁硼在空气中10、20min就会变色或生锈,因此,钦铁硼材料必须经合适的表面处理才具有可用性能.

　　本实验所用的钦铁硼由中科院工程热物理所提供.在无磁状态下切割出两块体积为10mmxlommx3mm的扁盒状小立方体,表面经化学镀镍处理,其中一块充磁,磁体表面平均磁场强度为320毫特,另一块不充磁用来与第一块进行对比实验.

　　在对比实验开始之前,首先对两块镀镍钦铁硼磁性材料表面的接触角和粗糙度进行测量.通过接触角测量仪测得磁性表面和非磁性表面液滴所形成的接触角大小分别为49.9°和50.4°,两者相差不到1°,因此可以排除表面接触角对结霜过程的影响;评定表面粗糙度的主要参数有中心线平均粗糙度Ra、均方根粗糙度Rq和测定的长度范围内最大的峰谷值,其中金属表面最主要的衡量参数是Ra。本实验采用的评定参数就是Ra。实验中测得磁性表面和非磁性表面的Ra值分别为554.13nm和588.95nm两者相差只有4.82nm,因此可以排除表面粗糙度对结霜过程的影响.

　　通过以上分析,我们排除了因面状况的不同对结霜过程的影响.因此,在实验条件相同的情况下,如果两个表面的结霜现象有所差异,只能说明是由于磁性表面的磁场引起的。

　　实验开始前,首先将两块表面用清水洗净、晾干,然后再用丙酮擦拭、晾干,以去除表面的污垢。实验时,将两块钦铁硼材料嵌入到制冷台中,设定制冷台的温度,试件表面温度通过热电偶进行测量,湿度通过加湿器控制在一定范围内.用显微镜结合高像素数码相机记录实验过程中观察到的现象。

　　2实验过程与结果

　　2.1水蒸气在磁性表面与非磁性表面上凝结及冻结过程