具有较低实际最低不结冰温度的表面的选择 .docx

工程建筑学相关资料ENGINEERING ARCHITECTURE RELATED INFORMATION 工程建筑学相关资料 ENGINEERING ARCHITECTURE RELATED INFORMATION PAGE PAGE 1 具有较低实际最低不结冰温度的表面的选择  Surface choice with lower practical possible lowest unfrozen temperature 摘要：从非均质形核理论和估算两相间界面能的Fowkes极性理论出发，研究了具有较低实际最低不结冰温度(practical possible lowest unfrozen temperature， θPPLU)的表面的性质，提出了该表面的选择原则。实验结果验证了该原则的有效性。具有较低实际最低不结冰温度的表面的选择为防止结冰或结霜的发生提供了新的思路，对于提高过冷水连续制冰系统的制冰率和能量效率具有关键性的意义。关键词：实际最低不结冰温度；表面；选择原则；过冷水连续制冰；防止结冰Abstract　　 The characteristics of the surfaces with lower practical possible lowest unfrozen temperature (θPPLU) were studied using heterogeneous nucleation theory and Fowkes theory to estimate the interfacial energy. Principles were developed for choosing the surfaces with lowerθPPLU. The principles were verified by the experimental results. The surface choice provides a new way to prevent freezing or frosting. It is the key for improving performances of dynamic ice-making with supercooled water.Key words　　practical possible lowest unfrozen temperature; surface; choice principle; dynamic ice-making with supercooled water; preventing freezing　　中图分类号：T329　　文章编号：1000-0054（2001）05-0227-04 文献标识码：A　　　　 研究表明[1，2]，对于任一表面，存在一温度值，当表面温度高于这一温度值时，表面上的过冷水在1ns内发生结冰的概率小于0.01，称这一温度值为该表面的实际最低不结冰温度θPPLU。　　 通常认为，为防止结冰或者结霜的发生，必须保证水的温度在0℃以上。根据以上表面的实际最低不结冰温度的定义，实际情况中，为了防止结冰的发生，需且只需将与水接触的表面温度设定在该表面的θPPLU之上，这为防止结冰或者结霜的发生提供了新的思路，选择θPPLU 较低的表面对于提高过冷水连续制冰系统的制冰率和用能效率也具有关键性的意义。过冷水连续制冰比传统制冰方式具有更高制冰率和能量效率，在蓄冷、冷量的远距离输送以及食品保鲜等领域有广泛的用途。　　 文[3，4]测量了金属表面上以一定速度冷却的过冷水发生结冰的情况。其测量结果与冷却速度有关，不能完全反映表面性质对过冷水发生结冰情况的影响，同时由于其测量的表面范围非常有限，其结果对于选择具有较低θPPLU的表面不具有指导意义。　　 本文从非均质形核理论和估算界面能的极性理论出发，从理论上提出具有较低θPPLU的表面的选择原则，并通过实验证明了该原则的有效性。　　1　θPPLU较低的表面的选择原则　　 结冰过程分为两个阶段：可自发长大冰核的形成阶段和冰核生长阶段[5]。前一阶段中，过冷水中形成大于临界尺寸的可自发长大的冰核，后一阶段中，可自发长大冰核生长，过冷水变为冰、水混合物。冰核生长阶段中，可自发长大冰核的长大过程是一个自发过程，只要周围的水处于过冷状态，可自发长大冰核就必然生长，不可控制。因而，为了防止过冷发生结冰，必须阻止过冷水中第一个可自发长大冰核的形成。由于任何可自发长大冰核必然包含最小可自发长大冰核，因而上述结论也可以表述为，为了防止过冷水发生结冰，必须阻止过冷水中第一个最小可自发长大冰核的形成。　　 可自发长大冰核的形成有两种方式：均质形核和非均质形核。实际情况中，结冰一般