冷表面结霜和微尺度表面特性的实验研究

摘要

针对制冷装置中存在的结霜问题,本文提出了一种宏观和微尺度手段相结合的实验研究方法,构建了一套由扫描探针显微镜系统、CCD+显微镜摄像系统和制冷装置组成的实验系统,用以研究不同蒸发器材料表面的结霜过程,探讨结霜与蒸发器材料的微尺度表面特性之间的关系.实验结果表明,在实验进行的60min里,霜层相对厚度随时间呈对数趋势变化.不同材料表面的结霜在制冷系统开启后的前段时间差异较大,普通蒸发器材料的表面粗糙度对霜层形成初期的影响表现在凝结水滴的尺寸随表面平均粗糙度大小呈单调增加的关系.纳米涂层材料表面的霜沉降量比普通铜基板表面沉霜量少大约40％.由CSPM系统的实验结果可发现:经过抛光后的铝片和铜片的表面粗糙度均变小,两种纳米涂层材料的表面颗粒分布较均匀.同时,通过观测对比不同材料表面的结霜过程,进一步表明:在实验条件下,不同冷表面上的结霜均经历了水珠生成、水珠成长和合并、水珠冻结、霜晶生成、霜晶成长和霜层充分生长期一系列过程.

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.2.1结除霜研究现状

1.2.2微尺度科学研究现状及应用

1.3结霜形态的理论研究

1.3.1结霜的传热传质过程

1.3.2冷表面结霜初期的理论分析

1.4本文主要工作

第二章实验系统的构建

2.1实验装置

2.1.1扫描探针显微镜系统

2.1.2 CCD+显微摄像系统和制冷装置

2.2样品选择

2.3实验过程

2.4本章小结

第三章冷表面结霜过程的实验

3.1实验工况下的结霜测试

3.1.1测试方法与实验工况

3.1.2结霜过程分析

3.2不同冷表面的结霜过程对比

3.2.1铝片表面的结霜对比

3.2.2铜片表面的结霜对比

3.2.3纳米涂层表面与铜基板表面结霜的对比分析

3.3结果分析

3.3.1结霜量对比

3.3.2霜层的相对厚度随时间的变化

3.4本章小结

第四章冷表面的微观表面特性实验

4.1冷表面的微观表面特性扫描结果

4.1.1不同冷表面的微尺度形貌

4.1.2不同冷表面的层次分析

4.1.3涂层材料和铜基板的表面的颗粒分析

4.1.4冷表面的面粗糙度分析

4.2微尺度表面特性实验结果分析

4.3微观表面特性与结霜之间关系的初步探讨

4.3.1铝片

4.3.2铜片

4.3.3纳米涂层材料与普通基板铜金属

4.4本章小结

第五章结论与展望

参考文献

作者攻读硕士期间发表文章目录

致谢