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摘要
目的从微观上揭示超疏水表面的抑霜机理。方法运用化学刻蚀法制备微纳复合结构超疏水铝表面,在制冷实验台上对试件结霜过程进行微观可视化观测,并分析试件的霜晶演化规律。将超疏水铝片冷面温度分别设置为–5、–10、–15℃三个档次,通过对比普通铝片和超疏水铝片表面的霜晶高度与霜晶质量,结合相变动力学、经典成核理论、传热与传质理论解释相关结霜与抑霜机理。结果不同的实验阶段及不同的实验温度条件下,超疏水铝表面本身的抑霜效果虽然有差异,但是相比普通铝表面的抑霜特性,超疏水铝表面都具有一定的抑霜效果,结霜过程整体滞后,霜层高度发展相对缓慢,实验进行了10min后,超疏水表面的霜层高度只有普通表面的35%。结论由于冷凝水珠在冷表面形成Wenzel状态,水珠浸润在微细结构中,在一定的条件下,超疏水铝表面可有效延缓冷凝水珠的生成,从而抑制结霜。在结霜后期,当冷凝水珠冻结,且在表面布满霜晶后,抑霜效果相对恶化。在经月桂酸修饰后,普通铝表面也具有一定的抑霜性能,但效果明显弱于具有微纳复合结构的超疏水表面,因此建议在制作表面有抑霜需求的材料时,可以以延缓冷凝水珠的生成为技术手段,制作合适的表面微纳结构,以期达到最大程度地抑霜的目的。
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