固体壁面水滴撞击结冰行为研究

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。

目录

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3热力学理论

1.4本文的研究内容及结构安排

第二章 亲水光滑壁面上水滴撞击结冰行为研究

2.1水滴撞击结冰试验方法

2.2韦伯数对水滴撞击结冰行为的影响

2.3 壁面温度对水滴撞击结冰行为的影响

2.4 材料热导率对水滴撞击结冰行为的影响

2.5 水滴撞击光滑壁面结冰行为理论分析

2.6本章小结

第三章 亲水微沟槽壁面上水滴撞击结冰行为研究

3.1亲水微沟槽壁面制备方法

3.2水滴撞击微米级沟槽硅板的结冰行为

3.3水滴撞击丝米级沟槽铜板的结冰行为

3.4水滴撞击微沟槽壁面结冰行为理论分析

3.5本章小结

第四章 疏水性壁面上水滴撞击结冰行为研究

4.1疏水性壁面润湿原理和制备技术

4.2水滴撞击疏水性壁面的结冰行为

4.3水滴撞击超疏水表面的结冰行为

4.4水滴撞击亲/疏水相间结构壁面的结冰行为

4.5疏水性壁面水滴撞击结冰行为理论分析

4.6本章小结

第五章 水滴撞击结冰的分子动力学模拟

5.1 结冰过程的分子动力学方法研究

5.2 壁面温度对水滴撞击结冰行为的影响

5.3表面能对水滴撞击结冰行为的影响

5.4微结构对水滴撞击结冰行为的影响

5.5本章小结

第六章 全文总结

6.1论文主要研究成果和创新点

6.2进一步工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间学术成果及获奖情况

一、攻读硕士学位期间发表学术论文情况

二、攻读硕士学位期间参与科研项目情况

三、攻读硕士学位期间获奖情况

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