【摘 要】
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低温表面上的液滴冻结时会形成具有尖顶的形状.针对这一现象开展了理论与实验研究,建立了新的动态曲形相界面模型用来模拟水滴冻结过程中的形状变化.模型考虑重力和成核再辉
【机 构】
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清华大学航天航空学院工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室,北京,100084;清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室,北京,100084
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低温表面上的液滴冻结时会形成具有尖顶的形状.针对这一现象开展了理论与实验研究,建立了新的动态曲形相界面模型用来模拟水滴冻结过程中的形状变化.模型考虑重力和成核再辉效应的影响,将冻结过程中的冰水相界面近似为球冠形曲面,并在三相点处引入动态生长角和直角关系.对壁面上20μL静止水滴进行了冻结实验,记录水滴三相点高度的演化过程,以此拟合得到了其随时间变化的关联式,基于该关联式求解理论模型,得到了水滴最终冻结形状.模拟结果与实验结果在水滴初始轮廓、成核再辉轮廓和最终冻结轮廓以及冻结时间上均吻合良好.曲面模型的计算结果表明,固液相界面上不同位置处的冻结速率不同;随着相界面向上推移,冻结速率逐渐减小.
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