微納米孔鋁板的疏水結(jié)霜性能研究.pdf

1、結(jié)霜現(xiàn)象廣泛存在于制冷、溫工程、航天航空等領域，霜層的存在帶來諸多不利的影響。輕者會造成室內(nèi)停電，空調(diào)制冷、制熱失效等故障，重者會引起輸電線路倒塌、飛機墜機等事故。因此，提高物體表面的抗霜性能是保證設備安全高效運行的有效方式。疏水表面的制備可以從以下兩個方面入手：一方面是通過一定的物理、化學或生物的方法使材料表面具有微納米孔結(jié)構(gòu)；另一方面是在材料表面涂有低表面能的涂層來改變材料表面性能。
　　本文的試片是通過二次陽級氧化法制備的不

2、同孔徑的AAO（Anodic Aluminum Oxide，又稱多孔陽極氧化鋁）模板，選用了一種普通拋光鋁板（以下簡稱樣品1）和孔徑分別為30nm，90nm，200nm，300nm，400nm（以下簡稱樣品2，樣品3，樣品4，樣品5，樣品6）的五種微納米孔鋁板做為試驗試片，通過表面接觸角測試儀測量出它們的接觸角。課題組研制了結(jié)霜測試裝置來觀察樣品表面的霜層形貌特征，測試裝置由半導體制冷片、溫濕度環(huán)境控制小室、溫濕度測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

3、和數(shù)碼顯微鏡等組成。測試試樣放置在一個溫濕度恒定的環(huán)境控制小室內(nèi)（Te=22℃，相對濕度φ=60％），小室內(nèi)無空氣流動。第一次試驗選用的材料為樣品1、樣品2和樣品6，制冷片冷表面的溫度設置為－10℃，通過對表面結(jié)霜過程的實時觀測，并對不同樣品表面結(jié)霜過程的形貌變化進行拍攝，獲得不同表面凝露、霜晶出現(xiàn)和霜晶覆蓋等代表性時段的時間節(jié)點。從測試結(jié)果可知：樣品1表面的霜層形狀呈球狀→針狀→片狀進行演變；樣品2表面的霜層形狀的演變過程是橢圓狀→針

4、狀；樣品6表面的霜層形狀的演變過程為珠狀→絮狀→無規(guī)則狀，測試結(jié)果顯示不同樣品表面的霜層形狀的演變過程差異較大，這主要是由于其表面微孔結(jié)構(gòu)差異所造成的。從結(jié)霜延緩時間來看，樣品1表面凝露、霜晶出現(xiàn)和霜晶覆蓋的時間分別為2min、3min和15 min，樣品2表面凝露、霜晶出現(xiàn)和霜晶覆蓋的時間分別比樣品1延緩了約1min、4min和3min，而樣品3相對于樣品1的延緩時間分別為13min、7min和15min。
　　對于微納米孔鋁板

5、表面的抑霜性能試驗，本文主要研究了空氣流動方式、空氣溫度、空氣相對濕度三個因素對微納米孔鋁板表面抑霜性能的影響。試驗在可編程式恒溫恒濕控制箱內(nèi)完成，結(jié)霜量采用電子天平進行測量。測試結(jié)果表明：樣品5的抗霜效果最好，但其疏水性能并不是最好，反映出樣品表面結(jié)構(gòu)的對其抗霜性能和疏水性能存在著不同的影響機制。
　　測試結(jié)果表明：當環(huán)境溫度在－5℃～－25℃范圍內(nèi)、相對濕度為φ=60%時，各樣品表面相對樣品1表面的平均結(jié)霜量減少率分別為36.

6、98%、33.83%、26.54%、22.19%和16.93%；當環(huán)境溫度在－5℃～－25℃范圍內(nèi)、相對濕度為φ=75%時，各樣品表面相對樣品1的平均結(jié)霜量減少率分別為37.24%、28.24%、22.67%、21.04%和14.53%；當環(huán)境溫度在－5℃～－25℃范圍內(nèi)、相對濕度為φ=90%時，各樣品表面相對樣品1的平均結(jié)霜量減少率分別為15.73%、15.06%、9.57%、0和0。測試結(jié)果反映出環(huán)境溫度相同時，各樣品表面的結(jié)霜量隨

7、著相對濕度的增大而逐漸增大。
　　在環(huán)境相對濕度為φ=60%，風速為0.25m/s、0.5m/s、0.75m/s和1.0m/s工況下，各表面相對無空氣流動（無風速）工況下的結(jié)霜量在不同溫度下的平均結(jié)霜量減少率分別為：11.77%、23.24%、30.48%和39.07%。測試結(jié)果反映出隨著環(huán)境風速的增大，各樣品表面的結(jié)霜量逐漸減小，這主要是由于環(huán)境空氣流動所引起的對流蒸發(fā)及換熱對樣品表面結(jié)霜造成一定的破壞，從而降低其表面結(jié)霜量。<