双亲表面减少了换热器中的除霜时间

作者:澳门赌场  来源:澳门福彩  时间:2020-08-01 07:43  点击:

  对于几种工业应用,包括供暖,通风,空调和制冷(HVAC&R)系统,飞机,能量传输和运输平台,冰的形成和积累是具有挑战性的问题。例如,在热交换器上结霜会降低传热效率,并导致巨大的经济损失。而且,除霜和除冰技术是高能耗的,需要在循环操作中将大块的冰完全融化并清除表面上的残留水,这使得在美国除霜除霜成为数十亿美元的问题。

  Nenad Miljkovic及其小组的研究人员发现了一种显着改善热交换器上冰和霜的除霜的方法。他们的发现“超疏水和双亲表面的动态除霜”已发表在Matter上。

  换热器的除霜是效率极低的过程。普通的除霜方法不仅需要大量的能量来融化霜,还需要额外的能量来从可湿性表面蒸发融化的水。过去,研究人员研究了使用不可润湿的表面(疏水性或超疏水性)来延缓结霜并降低冰的附着力,这的确改善了除霜性能。然而,在霜冻,除霜和再霜冻循环期间,这种热交换器上的保水率仍然很高。

  为了消除水分滞留,Miljkovic和一个由研究生Yashraj Gurumukhi和博士后学者Soumyadip Sett博士领导的团队研究了在空间上具有不同润湿性域(称为双亲表面)的异质表面上的动态除霜。这些双亲表面具有交替的超疏水(憎水)和亲水(憎水)区域。通过光学成像,研究人员表明,在除霜过程中,超疏水区域上的霜层融化成高度流动的泥浆,该泥浆被表面力拉向亲水区域。这种流动性使得在完全融化之前,可以从超疏水区域除去水垢,从而清洁表面。然后,水被限制在亲水区域,由于较大的接触面积,水在该区域迅速蒸发。

  此外,为了优化其双亲表面的设计并了解图案异质性的影响,研究小组研究了以香蕉叶为灵感的分支双亲图案,以确定它是否可以减少清洁时间。他们观察到,与分支设计相比,二元双亲设计更易于制造,并且在除霜过程中具有更好的表面清洁性能。

  “除霜周期要求系统关闭,霜冻完全融化,并且在重新启动系统之前先清洁表面,这会消耗大量时间和精力。通过使用具有润湿性的双亲表面来提高清洁效率可以减少系统停机时间和除霜能量输入,从而增加整体效率”,Miljkovic说。

  实际上,当与合适的大规模制造方法结合使用时,就热传递增强和能量需求而言,双亲表面具有优于同质表面的潜力。

  他们的工作不仅为制造双亲表面提供了基本的设计准则,而且还说明了可湿性梯度对除霜动力学的作用。研究人员的未来工作将通过确定过程中的关键瓶颈来进一步减少除霜时间,并提供设计方法以创建有效的除霜增强表面以用于工业应用。

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